[发明专利]一种瓦记录磁盘的四级编址方法

说明书

技术领域

本发明属于数据存储技术领域，更具体地，涉及一种瓦记录磁盘的四级编址方法。 

背景技术

互联网的蓬勃发展、社会的数字化变革，导致了数字化的数据呈爆炸式增长。根据市场分析公司IDC和存储设备公司EMC的统计，2006年全球数据内容总量为161EB，2007年为281EB，2008年为487EB，2011年达到了惊人的1800EB。数据总量从2006年到2011年增长了11倍多，以每年61％的速度指数增长。IDC预测在未来10年文件总量会增长75倍。爆炸式的信息增长必然导致对存储容量的需求大幅增长。与此同时，存储需求持续飞速增长对我们提出了一个重要的挑战和机遇：在维持相同生产成本的条件下，如何进一步提高单个数据存储设备的容量来满足强大的市场需求。磁盘作为主导存储设备，如何在不增加生产成本的条件下进一步提高磁记录密度是当前具有重要理论和商业意义的研究课题。 

虽然单个磁盘存储容量过去以每年30–50%的速度增加，其增长速度正在急剧放缓，主要原因是记录技术、制造工艺和记录材料等方面都遇到了技术的瓶颈难题。即使采用先进的垂直磁记录，磁盘存储密度也仅为500GB/in2；而且，垂直磁记录将接近由超顺磁效应限定理论值1TB/in2，因此提高空间和速度受到限制。 

瓦记录方式被认为是目前最有可能突破1TB/in2的磁记录技术，目前模拟的存储密度可以达到3TB/in2。瓦记录的原理主要是利用部分重叠磁道的记录方式提高磁记录密度，类似屋顶上的瓦片那样重叠互扣，其实质上 是通过缩短磁道宽度的方式实现数据的高密度记录。由于磁道变窄使得磁记录介质将变小，对磁头的灵敏度要求提高。重叠磁道和高灵敏度磁头，相对于其他记录技术，在硬件上比较容易实现。但是，其主要问题就是随机写速度很慢。因为瓦记录通过部分重叠相邻磁道而使记录信息的磁道变窄，如图1所示，当单个磁道上的数据被更新时，相邻连续磁道上的数据也必须重新擦写一遍以防止由于磁头写操作过程中对邻近磁道磁化擦除造成数据丢失。如果成功将瓦记录应用到磁盘上，磁盘容量将有望提高2.3-10陪，将对磁盘存储技术产生重大的意义和影响。 

当前瓦记录存储技术存在以下缺陷： 

1．需要管理大量的元数据：因为瓦记录存在写数据覆盖，数据经常不能够直接写到原来的位置，该方式类似SSD，需要映射表等元数据管理，一般需要几GB的元数据量，随着磁盘容量的增大，这些元数据信息也会越来越大。而在有限的内存情况下，这些元数据如何存储，对这些数据的读写性能也存在较大的影响。 

2.瓦记录磁盘空间利用率问题：目前大多数的研究都是基于区的分布方式，即一个区由若干个瓦记录磁道构成，区与区之间需要间隙，这种间隙的存在导致大约10%的空间浪费；另外，区内采用循环日志方式，循环日志的头尾也需要几个磁道的间隙，才能够确保有效数据不被覆盖；最后，采用日志方式，需要一定的冗余空间，才能够进行有效的垃圾回收。 

3.瓦记录磁盘的写放大问题：传统基于磁道的编址便于发挥磁盘顺序访问的性能优势，但在瓦记录磁盘中，写数据会覆盖相邻几个磁道的数据，采用传统的编址，覆盖的数据就在逻辑地址上是分散的，为了确保数据不丢失，目前采用循环日志的方法将相邻几个磁道上的数据都迁移到其它位置，然后再写入数据，这样导致大量的数据迁移。这些多次的读写操作，不但增加了读写数据量，还导致磁头在不同地方来回移动，间接地影响了随机写性能，导致性能成倍下降。 

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种瓦记录磁盘的四级编址方法，其针对瓦记录磁盘随机写限制，对瓦记录磁盘的数据结构和磁道布局进行优化，并且结合闪存和内存的读写速度快优势，组成三级架构的瓦记录磁盘系统，来解决传统瓦记录磁盘的随机写性能差的问题，使其在倍增磁盘可用容量的同时，避免性能的下降，并提高读写速度。 

为实现上述目的，本发明提供了一种瓦记录磁盘的四级编址方法，包括以下步骤： 

（1）将瓦记录磁盘的逻辑空间划分为“区-段-块-扇区”的四级结构； 

（2）采用径向编址的方式对划分后的四级结构进行编址； 

（3）采用对称堆叠式的磁道布局对编址后的四级结构的区间间隔进行优化； 

（4）对编址后的四级结构的瓦记录磁盘进行读写操作，具体包括以下子步骤： 

（4-1）接收来自上层文件系统的读写请求，根据读写请求的逻辑地址进行地址映射，以得到该请求对应的区号、段号和块号，并判断该读写请求是读请求还是写请求，如果是读请求进入步骤（4-2），否则进入步骤（4-7）；