[发明专利]闪存磁盘混合存储结构中的数据管理方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及数据管理技术领域，特别涉及一种闪存磁盘混合存储结构中的数据管理方法及系统。

背景技术

虽然闪存技术在近些年来得到了较快的发展，但是与传统磁盘相比，基于作为闪存的固态硬盘（SSD）容量仍然有限，价格也偏高。目前固态硬盘的容量和价格介于磁盘和内存中间，因此，可以将固态硬盘部署在内存和磁盘中间，作为磁盘数据的缓存而组成混合存储结构。

典型的混合存储结构如图1所示，硬盘上所有数据存储和组织数据页。一个页面在被访问之前需要加载到主内存。由于闪存与磁盘相比具有更好的性能，它可以作为主内存和磁盘之间的缓存，即当页面内存发生错失，系统将首先检查闪存。仅当闪存也不包含该页面时，磁盘才会被访问。

现有的混合存储设计方法主要基于几种确定性的管理方法。

1）全包含方法。在这种结构中，闪存上包含了所有的内存的页面。因此内存中替换出的干净页面可以直接替换出。但是这种方法的缺点是内存里包含所有的闪存页面会浪费一定的闪存空间，使总的缓存容量减少。

2）降级方法。这种方法与全包含不同，内存中与闪存中的页面不同。所以与全包含的方法相比，降级方法可以更好地扩大有效的总缓冲区容量。但是从内存中替换出的页面要经常性的放置到闪存中，使得闪存写操作比较多，而闪存写操作代价又比较大。

3）基于频率的方法。这种方法会统计各个页面的访问频率，将访问频率较高的页面放置在内存和闪存中，以达到降低访问代价的目的。但是统计频率的存储和计算代价比较大，要找到需要替换的页面也需要较长的时间，给这种方法的使用带来一定的限制。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何节省闪存空间，减小闪存的写操作，并提高数据管理的性能。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种闪存磁盘混合存储结构中的数据管理方法，所述方法包括以下步骤：

S1：当需要对当前页面进行操作时，判断所述当前页面是否在内存中，若是，则直接在所述内存对所述当前页面进行相应的读/写操作，并结束所述方法，否则执行步骤S2；

S2：判断所述当前页面是否在闪存中，若是，则执行步骤S3，否则执行步骤S5；

S3：生成第一随机数，若所述第一随机数小于预设的提升概率P_elevate，则执行步骤S4，否则直接在所述闪存中对所述当前页面进行相应的读/写操作，并结束所述方法，所述第一随机数的取值范围为0~1；

S4：判断所述内存是否已满，若是，则申请空的内存页面，将所述内存中待替换的页面写入所述闪存，再将所述当前页面写入所述内存中，在所述内存中对所述当前页面进行相应的读/写操作，并结束所述方法，否则申请空的内存页面，直接将所述当前页面写入所述内存中，在所述内存中对所述当前页面进行相应的读/写操作，并结束所述方法；

S5：判断所述内存是否已满，若是，则申请空的内存页面，将所述内存中待替换的页面写入磁盘或所述闪存中，再将所述当前页面写入所述内存中，在所述内存中对所述当前页面进行相应的读/写操作，否则申请空的内存页面，将所述当前页面写入所述内存中，在所述内存中对所述当前页面进行相应的读/写操作。

优选地，所述内存中待替换的页面为所述内存中最近最少被操作的页面。

优选地，在所述内存已满的情况下，执行所述方法第一预设次数后，步骤S5之后还包括以下步骤：

S601：比较在执行所述方法第一预设次数内，需要进行操作的页面p直接在所述闪存中进行操作所产生的时间代价和写入所述内存中后进行操作所产生的时间代价；

S602：若写入内存中后进行操作所产生的时间代价较少，则增大所述预设的提升概率P_elevate，否则减小所述预设的提升概率P_elevate。

优选地，所述需要进行操作的页面p直接在所述闪存中进行操作的时间代价C_ue通过以下公式进行计算，

C_ue＝R_pC_fr+W_pC_fw，

所述要进行操作的页面p写入所述内存中后进行操作所产生的时间代价C_e通过以下公式进行计算，