CN102662606B - Raid配置信息的处理方法和raid控制器 - Google Patents

Abstract

本发明适用于计算机技术领域，提供了一种RAID配置信息的处理方法，所述RAID包括若干硬盘，所述方法包括：获取所述若干硬盘对TRIM的支持信息，并根据所述支持信息建立TRIM Bitmap映射表；接收并解析TRIM命令，根据所述TRIM Bitmap映射表以及RAID映射表创建新的TRIM命令和数据；接收所述新的TRIM命令和数据，并根据所述TRIM Bitmap映射表将所述新的TRIM命令和数据发送至对应的硬盘。本发明还相应的提供一种实现上述方法的RAID控制器。借此，本发明提高了垃圾回收的效率，降低了RAID应用下的固态硬盘的写放大，应用于固态硬盘时可以有效提高固态硬盘的寿命。

Description

RAID配置信息的处理方法和RAID控制器

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种RAID配置信息的处理方法和RAID控制器。

背景技术

现有的机械硬盘技术已经比较成熟，固态硬盘也逐渐发展。现有的固态硬盘中广泛应用闪存结构，如图1所示，一个逻辑单元(LUN)内有2个Plane，每个Plane下有2048个Block，每个Block内有256个Page(4KB)。同时具备如下的特征：最小擦除单元为Block；最小编程单元为Page；每个Block被擦除后，其内Page只能被写一次；如需要再次写入相同的Page，需要将整个物理块擦除。为便于说明，我们以采用页映射的固态硬盘为例：主机端根据逻辑地址(LA)来写入数据，固态硬盘将逻辑地址映射到可用的物理页地址(PA)。

再参见图2，某时刻下固态硬盘内一个Block内的物理页分布状况。在该Block内存在一些垃圾页以及数据页。随着固态硬盘使用，由于这些垃圾页的占用，导致系统没有空白块来写入新数据。这时就需要垃圾回收来回收这些垃圾页，从而释放出可用的空白块。一般而言，垃圾页的产生有两种：1)该LA地址的数据被复写，比如由于PA_N中复写了LA_5的数据，故PA_3中的LA_5数据变成无效，对应地PA_3变成垃圾页；2)使用了TRIM命令所产生的垃圾页，譬如主机文件系统中删除了一个文件，主机使用TRIM命令通知固态硬盘相关LA的数据变成无效。如图2中的PA_1变成垃圾页。如果没有TRIM命令，主机端一旦把所有LA地址写过1次，固态硬盘将一直在满负荷运作，即使是被删除的文件相关LA数据，在固态硬盘内仍然被当作有效，从而不停被垃圾回收单元写入到新的Block。此过程产生大量不必要的写放大，极大地降低了固态硬盘的寿命以及速度。有鉴于此，ATA标准为固态硬盘专门定义了TRIM命令，用来通知固态硬盘将相关的LA标识为无效。

作为固态硬盘来说，TRIM已经被广泛地支持。但现在很多场合中为了提高存储系统的带宽以及IOPS，是将多个固态硬盘挂接到RAID卡。主机基于逻辑地址的访问信息经过RAID卡翻译后，发给RAID后对应的固态硬盘。主机的访问过程通常由命令和数据两部分来完成。命令中携带地址信息，数据部分对应读写内容，一般的读写命令中携带地址信息，RAID在接收到相应的命令后，根据所组建的RAID内部的映射关系，将相应的数据转发给对应的固态硬盘(写操作)或者从其获得数据(读操作)。

但是，TRIM是一个比较特殊的命令，其地址信息不是在命令中携带，而是在数据内容中携带。故传统的RAID控制器工作在RAID模式下时，不支持实时的TRIM命令穿越，到达正确的SSD。另外一方面，RAID卡工作在RAID模式下时候，主机获取的是由RAID卡所封装好的一个设备，主机在查询该设备的属性时，无法得知其是否支持TRIM命令，故当有LA数据被无效掉时，主机不会发出ATA TRIM或者等同的SCSI命令。因此，当RAID卡工作在RAID模式时，即使其后连的固态硬盘支持TRIM，也无法使用TRIM来标识出垃圾页来提高垃圾回收的效率。

综上可知，现有的RAID处理技术在实际使用上，显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

发明内容

针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种RAID配置信息的处理方法和RAID控制器，其可以提高垃圾回收的效率，降低了RAID应用下的固态硬盘的写放大。

为了实现上述目的，本发明提供一种RAID配置信息的处理方法，所述RAID包括若干硬盘，所述方法包括：

获取所述若干硬盘对TRIM的支持信息，并根据所述支持信息建立TRIMBitmap映射表；

接收并解析TRIM命令，根据所述TRIM Bitmap映射表以及RAID映射表创建新的TRIM命令和数据；

接收所述新的TRIM命令和数据，并根据所述TRIM Bitmap映射表将所述新的TRIM命令和数据发送至对应的硬盘。

根据本发明的RAID配置信息的处理方法，所述获取所述若干硬盘对TRIM的支持信息步骤之前包括：

创建所述RAID。

根据本发明的RAID配置信息的处理方法，所述接收并解析TRIM命令步骤之前包括：

判断所述命令是否为所述TRIM命令，若是，则传送所述TRIM命令及所述TRIM命令对应的数据段，并进入所述接收并解析TRIM命令步骤。

根据本发明的RAID配置信息的处理方法，所述根据所述TRIM Bitmap映射表以及RAID映射表创建新的TRIM命令和数据步骤包括：

根据所述RAID创建时的逻辑地址与所述硬盘的逻辑地址的映射关系，以及所述TRIM Bitmap映射表，拆分所述TRIM命令对应的数据段。

根据本发明的RAID配置信息的处理方法，所述根据所述Bitmap映射表创建新的TRIM命令和数据步骤包括：

根据所述TRIM Bitmap映射表处理所述拆分后的TRIM命令对应的数据段，对不支持所述TRIM的硬盘，直接标识命令完成。

本发明还相应的提供一种RAID控制器，连接若干硬盘，所述RAID控制器包括：

硬盘信息获取单元，用于获取所述若干硬盘对TRIM的支持信息，并建立TRIM Bitmap映射表；

TRIM命令/数据解析单元，用于接收并解析TRIM命令，根据所述TRIMBitmap映射表以及RAID映射表创建新的TRIM命令和数据，并将所述新的TRIM命令和数据传送至TRIM命令/数据管理单元；

TRIM命令/数据管理单元，用于接收所述新的TRIM命令和数据，并根据所述TRIM Bitmap映射表将所述新的TRIM命令和数据发送至对应的硬盘。

根据本发明的RAID控制器，所述RAID控制器还包括创建单元，用于创建所述RAID。

根据本发明的RAID控制器，所述控制器还包括：

命令解析单元，用于判断所述RAID控制器接收的命令是否为TRIM命令，若是，则将所述TRIM命令传送至所述TRIM命令/数据解析单元处理；

数据传输单元，用于将所述TRIM命令对应的数据段部分发送至所述TRIM命令/数据解析单元处理。

根据本发明的RAID控制器，所述TRIM命令/数据解析单元包括第一处理子单元，用于根据所述RAID创建时的逻辑地址与所述硬盘的逻辑地址的映射关系，以及所述Bitmap映射表，拆分所述TRIM命令对应的数据段。

根据本发明的RAID控制器，所述TRIM命令/数据解析单元包括第二处理子单元，用于根据所述TRIM Bitmap映射表处理所述拆分后的TRIM命令对应的数据段，对不支持所述TRIM的硬盘，直接标识命令完成。

本发明通过在创建RAID时，检测各个硬盘是否支持TRIM命令，并根据硬盘的支持信息建立TRIM Bitmap映射表，接收TRIM命令后，对该命令进行解析处理，并根据TRIM Bitmap映射表以及RAID映射表，建立新的TRIM及相应的数据段后。然后再根据相应的映射关系将各命令及对应的数据段发送到相应的硬盘进行执行。优选的是，建立新的TRIM命令及数据段后，对于不支持TRIM命令的硬盘直接标识命令完成，仅把新TRIM命令及数据段发送到支持TRIM命令的硬盘中。借此，本发明实现了RAID模式下TRIM命令的实时透明穿越，提高了垃圾回收的效率，降低了RAID应用下的固态硬盘的写放大，有效提高了固态硬盘的寿命。

附图说明

图1是现有技术的固态硬盘的闪存结构示意图；

图2是现有技术的固态硬盘的物理页分布结构示意图；

图3是本发明一实施例的RAID控制器的结构示意图；

图4是是本发明另一实施例的RAID控制器的结构示意图；

图5是本发明的RAID配置信息的处理方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图3，本发明提供了一种RAID控制器，该RAID控制器100与主机200及若干硬盘300连接构成RAID系统，硬盘300可以是普通机械硬盘，也可以为固态硬盘，本发明以固态硬盘为例加以描述，以下描述中，如无特殊说明，所述硬盘指固态硬盘。

RAID控制器100包括：

硬盘信息获取单元10，用于判断硬盘300是否支持TRIM命令，借此获取若干硬盘300对TRIM命令的支持信息，并根据该支持信息建立TRIM Bitmap映射表。

TRIM命令/数据解析单元20，用于接收并解析主机200发送的TRIM命令或者等同的SCSI操作命令，并根据所述TRIM Bitmap映射表以及RAID映射表创建新的TRIM命令和数据，将新的TRIM命令和数据传送至TRIM命令/数据管理单元。

TRIM命令/数据管理单元30，用于接收TRIM命令/数据解析单元20发送的新的TRIM命令和数据，并根据所述TRIM Bitmap映射表将所述新的TRIM命令和数据发送至对应的硬盘300。

具体的，在TRIM命令或等同的SCSI操作命令在处理或传输过程中，TRIM命令/数据管理单元30还检测硬盘300的命令执行状态，并将执行状态返回TRIM命令/数据解析单元20，并进一步返回主机200。

图4是本发明另一实施例的RAID控制器100的结构示意图，该实施例中，RAID控制器100还包括：

创建单元40，用于创建RAID。具体的，RAID创建后，RAID控制器100根据其IDENTIFY命令返回数据判断各个硬盘300是否支持TRIM，并建立如下的TRIM Bitmap映射表：

表1

RAID创建完成后，将该信息写入到RAID控制器100掉电不易失的存储单元中，且在内存中维护一份拷贝，当RAID控制器100掉电重起后，将该信息从掉电不易失单元中加载到内存中。具体的，当RAID创建完成后，主机200不会直接访问各硬盘300。主机200此时获取到的是一个由RAID控制器100所表现出来的新的逻辑盘，该新的逻辑盘有其自己的逻辑寻址空间，为便于描述，在此设定新逻辑盘的寻址空间为LRA。对应的，根据不同的RAID模式(RAID0/1/5...)，RAID控制器100内维护一个主机200所获知的LRA地址到实际物理硬盘逻辑地址LA的映射关系。如下为其中一种情形：

表2

命令解析单元50，用于判断RAID控制器100接收的命令是否为TRIM命令，若是，则将所述TRIM命令传送至TRIM命令/数据解析单元20处理。具体的，主机200向RAID控制器100发送操作命令，该命令解析单元50首先接收指令并进行判断，若是ATA TRIM命令或者等同的SCSI命令，则将命令传送到TRIM命令/数据解析单元20，同时控制数据传输单元60将数据段也发送至TRIM命令/数据解析单元20处理。

数据传输单元60，用于将TRIM命令对应的数据段部分发送至所述TRIM命令/数据解析单元20处理。具体的数据段内容如下表：

表3

对于主机逻辑地址[LRA_A，LRA_A+LEN_A-1]覆盖的范围可能会落在不同的硬盘300上，TRIM命令/数据解析单元20通过其第一处理子单元21对其根据表1和2进行拆分，借此对应到实际的硬盘300的逻辑地址。拆分后可以得到几个数据段(最多为RAID成员硬盘数)，分别对应到具体的物理硬盘的逻辑地址空间，如下表所示：

表4：成员硬盘0

表5：成员硬盘1

表6：成员硬盘N

优选的是，TRIM命令/数据解析单元20还具有第二处理子单元22，用于根据TRIM Bitmap映射表(表1)处理拆分后的TRIM命令对应的数据段，对不支持TRIM的硬盘300，直接标识命令完成。对于支持TRIM命令的硬盘300，将拆分出来的TRIM数据段传送给TRIM命令/数据管理单元30，由其负责构造TRIM命令，协同数据段发送给对应的物理硬盘300，并监控命令的执行状况。同时，在执行命令的过程中，各单元将执行结果依次返回给上层单元，直至返回给主机200，以报告命令的完成状况。

参见图5，本发明提供了一种RAID配置信息的处理方法，其可以通过图3或图4所示的RAID控制器100实现，该RAID控制器100连接于主机200以及若干RAID成员硬盘300，所述方法包括：

步骤S501，硬盘信息获取单元10获取RAID成员硬盘300对TRIM的支持信息，并根据所述支持信息建立TRIM Bitmap映射表(如前所述的表1)。

具体应用中，RAID控制器100在通过创建单元40创建RAID后，根据其IDENTIFY命令返回数据判断各硬盘300是否支持TRIM，并根据支持信息建立TRIM Bitmap映射表。

步骤S502，TRIM命令/数据解析单元20接收并解析TRIM命令，根据所述TRIM Bitmap映射表以及RAID映射表创建新的TRIM命令和数据。

该步骤中，TRIM命令也可以为等同的SCSI命令，TRIM命令/数据解析单元20根据所述RAID创建时的逻辑地址与所述硬盘的逻辑地址的映射关系，以及所述TRIM Bitmap映射表，通过第一处理子单元21拆分所述TRIM命令对应的数据段，再通过第二处理子单元22根据TRIM Bitmap映射表(表1)处理拆分后的TRIM命令对应的数据段，对不支持TRIM的硬盘300，直接标识命令完成，对于支持TRIM命令的硬盘300，将拆分出来的TRIM数据传送给TRIM命令/数据管理单元30处理。

步骤S503，TRIM命令/数据管理单元30接收新的TRIM命令和数据，并根据所述TRIM Bitmap映射表将新的TRIM命令和数据发送至对应的硬盘300，同时，TRIM命令/数据管理单元30还将硬盘300中命令的执行状态返回上层单元。

需要说明的是，步骤S501和步骤S502之前还可以包括一判断过程：命令解析单元50判断主机命令是否为TRIM命令或者等同的SCSI操作命令，若是，则传送所述命令至TRIM命令/数据解析单元20，同时控制数据传输单元60将对应的数据段也传送至TRIM命令/数据解析单元20，然后进入步骤S502。

综上所述，本发明通过在创建RAID时，检测各个硬盘是否支持TRIM命令，并根据硬盘的支持信息建立TRIM Bitmap映射表，接收TRIM命令后，对该命令进行解析处理，并根据TRIM Bitmap映射表以及RAID映射表，建立新的TRIM及相应的数据段后。然后再根据相应的映射关系将各命令及对应的数据段发送到相应的硬盘进行执行。优选的是，建立新的TRIM命令及数据段后，对于不支持TRIM命令的硬盘直接标识命令完成，仅把新TRIM命令及数据段发送到支持TRIM命令的硬盘中。借此，本发明实现了RAID模式下TRIM命令的实时透明穿越，提高了垃圾回收的效率，降低了RAID应用下的固态硬盘的写放大，有效提高了固态硬盘的寿命。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种RAID配置信息的处理方法，所述RAID包括若干硬盘，其特征在于，所述方法包括：

获取所述若干硬盘对TRIM的支持信息，并根据所述支持信息建立TRIM Bitmap映射表；

接收并解析TRIM命令，根据所述TRIM Bitmap映射表以及RAID映射表创建新的TRIM命令和数据；

接收所述新的TRIM命令和数据，并根据所述TRIM Bitmap映射表将所述新的TRIM命令和数据发送至对应的硬盘。

2.根据权利要求1所述的RAID配置信息的处理方法，其特征在于，所述获取所述若干硬盘对TRIM的支持信息步骤之前包括：

创建所述RAID。

3.根据权利要求1所述的RAID配置信息的处理方法，其特征在于，所述接收并解析TRIM命令步骤之前包括：

判断所述命令是否为所述TRIM命令，若是，则传送所述TRIM命令及所述TRIM命令对应的数据段，并进入所述接收并解析TRIM命令步骤。

4.根据权利要求2所述的RAID配置信息的处理方法，其特征在于，所述根据所述TRIM Bitmap映射表以及RAID映射表创建新的TRIM命令和数据步骤包括：

根据所述RAID创建时的逻辑地址与所述硬盘的逻辑地址的映射关系，以及所述TRIM Bitmap映射表，拆分所述TRIM命令对应的数据段。

5.根据权利要求4所述的RAID配置信息的处理方法，其特征在于，所述根据所述TRIM Bitmap映射表创建新的TRIM命令和数据步骤包括：

根据所述TRIM Bitmap映射表处理拆分后的TRIM命令对应的数据段，对不支持所述TRIM的硬盘，直接标识命令完成。

6.一种RAID控制器，连接若干硬盘，其特征在于，所述RAID控制器包括：

硬盘信息获取单元，用于获取所述若干硬盘对TRIM的支持信息，并建立TRIM Bitmap映射表；

TRIM命令/数据解析单元，用于接收并解析TRIM命令，并根据所述TRIM Bitmap映射表以及RAID映射表创建新的TRIM命令和数据，将所述新的TRIM命令和数据传送至TRIM命令/数据管理单元；

TRIM命令/数据管理单元，用于接收所述新的TRIM命令和数据，并根据所述TRIM Bitmap映射表将所述新的TRIM命令和数据发送至对应的硬盘。

7.根据权利要求6所述的RAID控制器，其特征在于，所述RAID控制器还包括创建单元，用于创建所述RAID。

8.根据权利要求6所述的RAID控制器，其特征在于，所述控制器还包括：

命令解析单元，用于判断所述RAID控制器接收的命令是否为TRIM命令，若是，则将所述TRIM命令传送至所述TRIM命令/数据解析单元处理；

数据传输单元，用于将所述TRIM命令对应的数据段部分发送至所述TRIM命令/数据解析单元处理。

9.根据权利要求7所述的RAID控制器，其特征在于，所述TRIM命令/数据解析单元包括第一处理子单元，用于根据所述RAID创建时的逻辑地址与所述硬盘的逻辑地址的映射关系，以及所述TRIM Bitmap映射表，拆分所述TRIM命令对应的数据段。

10.根据权利要求9所述的RAID控制器，其特征在于，所述TRIM命令/数据解析单元包括第二处理子单元，用于根据所述TRIM Bitmap映射表处理拆分后的TRIM命令对应的数据段，对不支持所述TRIM的硬盘，直接标识命令完成。