[发明专利]一种支持固态盘缓存动态分配的混合存储系统和方法

摘要

本发明提供了一种支持固态盘缓存动态分配的混合存储系统和方法，该方法用固态盘和磁盘构建混合存储系统，其中固态盘用作磁盘的缓存，本发明方法实时监控应用的负载特征及固态盘缓存命中率，并建立应用的性能模型，从而根据应用的性能需求和负载特征的变化动态地分配固态盘缓存空间。本发明提供的固态盘缓存管理方法可以根据应用的性能需求合理地分配固态盘缓存空间，实现应用级的缓存区分服务，并通过将应用的固态盘缓存空间进一步划分为读缓存和写缓存区间，减少脏数据块及其带来的页复制和垃圾回收开销，同时将空闲的固态盘缓存空间按照应用的缓存利用效率分配给应用，从而提高混合存储系统的固态盘缓存命中率和整体性能。

主权项

一种支持固态盘缓存动态分配的混合存储系统，其特征在于，所述系统包括：一块或多块固态盘组成的固态盘阵列、一块或多块磁盘组成的磁盘阵列以及固态盘缓存管理模块；其中所述混合存储系统对于操作系统或应用程序展现为统一的逻辑设备，所述固态盘与磁盘通过控制器与计算机系统总线相连，其中所述固态盘作为所述磁盘的缓存；所述固态盘缓存管理模块用于记录每个应用的读写请求比例、每个应用的读写缓存命中率、固态盘与磁盘的响应时间，并用这些数据以及预先为每个应用指定的目标延迟，计算满足每个应用延迟所需求的最小固态盘读缓存和写缓存大小，并根据计算的最小读缓存和写缓存大小为每个应用分配固态盘缓存；所述固态盘缓存管理模块具体包括负载分析器、缓存分配模块、性能监控器、缓存映射表模块和请求处理模块，其中：所述缓存分配模块，用于在系统初始化时，为每个应用分配相同大小的读缓存区和写缓存区；所述负载分析器，用于在读写请求到达时，记录每个应用的读写请求比例；所述性能监控器，用于在读写请求完成时，统计固态盘和磁盘的响应时间以及每个应用的读写缓存命中率；所述缓存映射表模块，存储有位图映射表和哈希冲突链表，其中位图映射表用于管理和标记固态盘中空闲的数据块，而哈希冲突链表用于加速判断请求是否存储在固态盘中；所述请求处理模块，用于在读写请求到达时，先判断请求的类型，从而将应用的写请求数据写入到存储系统中或是向应用返回其请求的读数据；所述缓存分配模块，还用于根据所述负载分析器记录的每个应用的读写请求比例、性能监控器统计的固态盘、磁盘的响应时间以及每个应用的读写缓存命中率，和预先为每个应用指定的目标延迟，实时计算满足每个应用延迟需求的固态盘的最小读缓存和写缓存大小，根据计算的读缓存和写缓存大小以及存储系统的配置计算分配给每个应用的最佳读缓存和写缓存大小，并根据分配给每个应用的最佳读缓存和写缓存大小调整每个应用的读缓存区和写缓存区；所述缓存分配模块实时计算满足每个应用延迟需求的固态盘的读缓存区大小和写缓存区大小具体为：求解目标函数其约束条件为：Ti≤TtargetiCRi≥0CWi≥0,]]>其中，和分别为应用ai的读缓存区和写缓存区大小，Ci表示应用ai固态盘缓存总大小，1≤i≤N，N为运行于混合存储系统上的应用数目；表示为应用ai所指定的目标延迟；Ti为应用ai的请求平均响应时间，Pi为应用ai的读请求所占比例；为应用ai读请求的平均响应时间，为应用ai写请求的平均响应时间，和分别为应用ai的读请求和写请求的缓存命中率，和分别为读负载特征常量和写负载特征常量；TR_SSD和TW_SSD分别为固态盘的读和写的操作开销，TR_HDD和TW_HDD分别为磁盘读和写的访问时间；求解目标函数得到的和的最优结果，即为满足每个应用延迟需求的固态盘的读缓存区大小和写缓存区大小