[发明专利]一种多通道固态硬盘的高效缓存管理设计方法

说明书

本发明属于机载嵌入式计算机领域，涉及一种多通道固态硬盘的高效缓存管理设计方法。包括：步骤1、读请求服务流程；步骤2、写请求冷热属性的识别，最近请求的平均大小加上基本阈值来确定冷热请求的门卡；步骤3、冷数据缓存和热数据缓存的缓存内部管理，根据需求对写回阈值进行动态调整，并在芯片空闲期写回数据；步骤4、冷数据缓存和热数据缓存根据性能和寿命的需求，进行缓存大小的动态调整。本发明利用不同数据更新不同的特点，在多通道固态硬盘的芯片空闲期，将数据缓存中的数据进行提前写回，并且与冷数据缓存和热数据缓存间的动态调整相结合，既保证了多通道固态盘的缓存服务能力，又不造成太大的寿命损失。

技术领域

本发明属于机载嵌入式计算机领域，涉及一种多通道固态硬盘的高效缓存管理设计方法。

背景技术

随着现代航空电子系统高速发展，对新一代机载存储设备提出了更高的要求，传统机械硬盘存在固有的局限性，使得其很难应用在机弹载情况下，而闪存的出现使得机载存储系统提供了一个新选择。闪存作为一种新的存储介质，一直广受关注，它所独具的低能耗，体型小、重量轻和抗震动等优点，使其被广泛用于多种嵌入式设备中。基于NAND Flash的固态盘(solid-state drive，SSD)具有更短的启动时间，更快的随机访问速度和通过消除磁盘中的机械开销得到的更低能耗，这些使得其存储性能比磁盘更加优越，成为了磁盘的有力替代品，更加适应于机载环境。NAND Flash本身所固有的一些结构缺陷，能被闪存转换层(Flash Translation Layer，FTL)所屏蔽，使得其能够像传统磁盘一样便于使用，在此之上，缓存的使用能够进一步提升固态硬盘的性能和耐久性。

缓存在固态硬盘中起着至关重要的作用，首先，缓存一般用于两个部分，映射缓存和数据缓存，映射缓存保存所需的映射条目，数据缓存保存最近的写请求数据；其次，数据缓存的读写速度远高于Flash的读写速度，通过缓存进行读写，能够显著提高固态硬盘的性能；最后，数据缓存能够吸收频繁更新的写数据，减少对Flash的写次数，从而延长SSD的寿命。目前存在的缓存调度，大多侧重于在缓存已满的情况下，如何选择写回数据，提高缓存的命中率，但是这种被动的写回方式对固态盘性能的提升效果十分不稳定，当请求的命中率较低的时候，性能的提升就会特别小，难以发挥出缓存应有的性能。

发明内容

本发明的目的：

本发明针对机载嵌入式计算机对读写性能的要求，提出一种面向多通道固态硬盘的缓存管理设计方法，利用多通道固态盘的芯片空闲期和不同大小的缓存数据更新频率不同的特点，以少量的寿命为代价得到显著的性能提升。

本发明的技术方案：

一种多通道固态硬盘的高效缓存管理设计方法，包括：

步骤1、当读请求到达多通道固态盘时，首先判断其是否命中了数据缓存，如果命中数据缓存，则直接由数据缓存进行服务。如果没有命中数据缓存，接下来则需要判断该数据对应的映射条目是否在映射缓存中，如果对应的映射条目不在映射缓存中，就需要先读取该数据对应的映射条目，最后则是读取目标数据；如果对应的映射条目已在映射缓存中，直接从Flash相应位置读取数据，完成读操作。

步骤2、使用最近请求大小的平均值加阈值的方式来确定一个大请求的门槛，保证大请求既超出一个基本值，又能超出最近请求的平均大小。超出这个门槛的被判定为冷数据，否则认为是热数据。

步骤3、将数据缓存划分为冷数据缓存和热数据缓存，分别用来存储得到的冷数据和热数据，当写请求到达多通道固态盘时，首先还是需要判断是否命中数据缓存，如果命中，则由命中的数据缓存进行缓存服务，未命中则根据判断得出的冷热属性，将其加入到相应的数据缓存中进行服务。服务完毕之后，如果有芯片处于空闲状态，则根据写回阈值的大小，提前将冷数据缓存和热数据缓存LRU链表中的处于末尾节点的一定数量的数据写回到Flash中。