CN102959913A

CN102959913A - 计算机系统和操作该计算机系统的方法

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Publication number: CN102959913A
Application number: CN2011800319755A
Authority: CN
Inventors: K.多劳
Original assignee: Thomson Licensing SAS
Current assignee: Thomson Licensing SAS
Priority date: 2010-07-02
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2013-03-06
Also published as: JP2013539566A; EP2589196A1; KR20130098265A; BR112013000088A2; EP2403202A1; US20130110965A1; US9319354B2; WO2012001122A1

Abstract

本发明涉及一种计算机系统（2）和操作该计算机系统的方法。该计算机系统（2）包括通过串行网络链接（4）连接到多个网络设备（ND1..ND3）的网络存储设备（NSD）。该网络存储设备（NSD）包括块基存储设备（BBSD）和可缩放缓存选择器（SCS），该可缩放缓存选择器（SCS）具有被细分为多个缓存队列（QL1..QL3）的缓存存储器（10），其中每个缓存队列（QL1..QL3）专用于网络设备（ND1..ND3）之一。所述方法包括以下步骤：a）在队列选择器（QS）接收被分配给各个网络设备（ND1..ND3）的至少一个输入数据分组（3），b）传送并存储所述输入数据分组（3）于缓存队列（QL1..QL3）中，所述缓存队列（QL1..QL3）被分配给各个网络设备（ND1..ND3），c）从所述缓存队列（QL1..QL3）发送输出数据分组（5），该输出数据分组（5）包括由存储在所述缓存队列（QL1..QL3）中的输入数据分组（3）组成的数据内容的至少一部分，其中如果接收到的存储在所述缓存队列（QL1..QL3）中的输入数据分组（3）的数据量超过阈值（BS，FS），则执行输出数据分组（5）的步骤，所述阈值（BS，FS）定义输出数据分组（5）的预定大小（BS，FS）。

Description

计算机系统和操作该计算机系统的方法

背景技术

在现代多媒体环境中，例如典型地包括若干数码相机、显示器监视器、扫描仪等的用于数字视频制作的环境，经由连接上述设备（也称作网络设备）的高速网络来传送大量高分辨率多媒体数据。对于数据的永久性存储，合适的存储设备在那样的多媒体环境中扮演重要角色。通常，块基（block based）网络存储设备诸如硬盘或闪存的阵列经由类似以太网、FireWire或USB的串行网络连接到网络设备。来去网络存储设备的高数据传送速率对于整个多媒体环境的性能、尤其是对实时应用来说是至关重要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种计算机系统和用于操作所述计算机系统的方法，该计算机系统包括经由串行网络链接连接到块基网络存储设备的多个网络设备，其中来去块基存储设备的读处理/写处理提高了数据速率。

所述目的通过独立权利要求的主题来实现，有利的实施例是从属权利要求的主题。

根据本发明，提供了一种操作计算机系统的方法，所述计算机系统包括经由串行网络链接连接到多个网络设备的网络存储设备。该网络存储设备包括用于存储关于网络设备的数据的块基存储设备。所述网络存储设备进一步包括可缩放缓存选择器，该可缩放缓存选择器具有被细分为多个缓存队列的缓存存储器。每个缓存队列专用于上述网络设备之一。该可缩放缓存选择器进一步包括队列选择器，用于将从网络设备接收的和正发送到网络设备的数据分组分配给各个缓存队列。根据本发明的方法包括以下步骤：

a）在队列选择器处接收分配给网络设备之一的至少一个输入数据分组。

b）传送并存储所述输入数据分组于缓存存储器的缓存队列中，所述缓存队列被分配给各个网络设备。

c）从缓存存储器的所述缓存队列发送输出数据分组，该输出数据分组包括由存储在所述缓存队列中的输入数据分组组成的数据内容的至少一部分，其中当接收到的存储在所述缓存队列中的输入数据分组的数据量超过阈值时，执行输出该输出数据分组的步骤，所述阈值定义输出数据分组的预定大小。

根据本发明的方法基于以下考虑：

根据技术，缓存存储器用于缓冲将写入硬盘或从硬盘读取的数据；该缓存存储器应用于其他块基存储设备。这样的硬盘缓存存储器缓冲来去实际硬盘的数据业务，从而使得驱动器从读写头的过多运动中释放出来。现在将参考一种计算机系统，其包括通过串行网络链接连接到多个网络设备的那种块基网络存储设备。在这样的系统中，由硬盘接收的数据流包含来自于不同源/网络设备诸如不同数码相机的信息/数据分组。由于网络连接是串行网络链接（例如以太网、FireWire或USB）的事实，具有不同来源的数据分组的序列将被传送到硬盘。

根据技术的缓存存储器是一种简单的缓存器，用于存储信息而不管其来源如何。结果，写入到块基存储设备（例如硬盘）的数据块包含数据的“混合”，即，具有多个不同来源的数据。参考如上所述的多媒体环境，仅仅作为示例，这样的块可以包含例如关于第一和第二数码相机的数据。万一，这样的多媒体环境的用户期望回顾例如来自编号为一的相机的视频流，必须从硬盘的多个不同块中“收集”关于所述相机的流的数据。因为一个数据块可能包含不同来源的数据，通过读取这样的数据块以便观看单一来源的数据，也可以读取未请求的数据。结果，硬盘的读写头必须执行极大量的运动。很明显，对于可达到的数据速率来说这是个缺陷。

根据本发明的方法以其实质来解决这一缺陷。经由串行网络链接接收的数据流被存储在结构化的缓存存储器中而不是单一的缓冲器中。换句话说，由数据流包括的数据分组基于它们的来源被分类。从第一源/第一网络设备例如第一数码相机接收的数据分组被存储在第一缓存队列中，而来自第二网络设备的数据分组被存储在第二缓存队列中，等等。在这些缓存队列之一超过某一阈值水平的情况下，优选地，该阈值水平被选择为与块基存储设备的块大小匹配，整个数据块被传送/写入到块基存储设备。结果，根据连接到网络存储设备的源/网络设备逐块地分类存储在块基存储设备中的数据。换句话说，存储设备的每个块仅包含关于单一网络设备的数据。

在前面的段落中，已经针对写处理仅举例说明了根据本发明的方法。要理解，该方法也可适用于读处理。这一项将在详细描述中说明。

将说明下面频繁使用的术语输入和输出数据分组。输入和输出是相对于缓存存储器考虑的。因此，必须被存储在缓存存储器内部的来自网络设备或者来自块基数据存储器的数据分组是输入数据分组，而输出数据分组总是以朝着网络设备或朝着块基数据存储器的方向离开缓存存储器。

优选地，在写入块基存储设备的处理期间，步骤a）包括经由串行网络链接从网络设备接收至少一个输入数据分组，步骤c）包括将输出数据分组发送到所述块基存储设备，其中预定大小对应于块基存储设备的块大小。进一步优选地，输出数据分组的预定大小等于块基存储设备的块大小。

根据上述方法写入块基存储设备是有利地，因为块基存储设备上的数据外观（landscape）被生成为包含极大片段，其包括关于仅仅一个源的数据。换句话说，存储设备的每个片段仅包含关于单个网络设备的数据。结果，与已经历已知技术的写处理的块基存储设备相比，由所述块基存储设备包括的数据被分类得更多。因此，可快得多地存取存储设备-在硬盘被应用为块基存储设备的情况下，需要明显地减少读写头的运动的数目。

优选地，在从块基存储设备读取的处理期间，步骤a）包括从块基存储器接收至少一个数据块，步骤c）包括将预定大小的输出数据分组发送到串行网络链接。还优选地，输出数据分组的预定大小等于串行网络链接的帧大小，且进一步优选地，从块基存储器接收到的数据块的大小等于块基存储设备的块大小。

有利地，从块基存储器逐块地读取关于某一网络设备的数据。在应用硬盘的情况下，读写头的运动的数目减小到最低。结果，增加了数据速率。明显有利的是，利用上述方法，可以实时地从硬盘驱动器读出高分辨率电影数据。

提供了一种根据本发明的网络存储设备，其通过串行网络链接连接到多个网络设备。该网络存储设备包括用于存储关于网络设备的数据的块基存储设备。该网络存储设备进一步包括可缩放缓存选择器，其具有被细分为多个缓存队列的缓存存储器，其中每个缓存队列专用于网络设备之一。该可缩放缓存选择器能够执行如上所述的用于读和/或写的方法。

优选地，计算机系统的块基存储设备是硬盘驱动器或闪存驱动器。在硬盘的情况下，甚至更有利，因为减少了读写头的运动，这加速了对硬盘的读写并且降低了磨损。

针对根据本发明的方法提到的相同或相似优点适用于根据本发明的计算机系统。

附图说明

下面，将参考附图来更详细地描述本发明。

图1示出了包括多个网络设备的计算机系统，该多个网络设备经由串行网络链接连接到网络存储设备，

图2示出了在写处理期间从图1得知的网络存储设备内的数据流处理，而

图3示出了在读处理期间从图1得知的网络存储设备内的数据流处理。

具体实施方式

图1示出了包括多个网络设备ND1..ND3的计算机系统2，该多个网络设备ND1..ND3经由网络桥NB和串行网络链接4连接到网络存储设备NSD。网络设备ND1..ND3例如是数码相机、诸如监视器或卷轴机（beamer）的显示设备、扫描仪等。应当理解，网络设备ND1..ND3也可以是计算机上运行的应用。还可能的是，不止一个网络设备ND1..ND3、即多个应用由仅一个机器/计算机包括/执行。还要理解，图1中描绘的计算机系统2可以包括或多于或少于三个网络设备ND1..ND3。

所有应用/网络设备ND1..ND3能够经由网络发送和接收数据流，例如：第一网络设备ND1将包括有效载荷信息包pl11和标签L1的输入数据分组3发送到网络桥NB。第二和第三网络设备ND2、ND3以如图1中所示的相同方式动作。标签L1..L3表示网络设备ND1..ND3，例如，L1是指第一网络设备ND1，L2是指第二网络设备ND2，等等。由于网络桥NB与网络存储设备NSD之间的网络链接是串行网络链接4，例如以太网、FireWire、USB等，因此输入数据分组3被依次发送到网络存储设备NSD。换句话说，连续的输入数据分组3的数据流被提供给网络存储设备NSD，其中输入数据分组3具有不同的来源并且由不同的网络设备ND1..ND3发送。

网络存储设备NSD包括可缩放缓存选择器SCS和块基存储设备BBSD，例如硬盘或闪存的阵列。

下面，首先，将参考图2来解释在向块基存储设备BBSD进行写处理期间网络存储设备NSD的功能。之后，将参考图3来解释在读处理期间网络存储设备NSD的功能。

经由串行网络链接4从网络桥NB在网络存储设备NSD的队列选择器QS处接收包括由不同网络设备ND1..ND3发送的多个输入数据分组3的数据流。队列选择器QS和缓存存储器10两者进一步由网络存储设备NSD中的可缩放缓存选择器SCS包括，这两者经由缓存控制器12链接在一起。缓存存储器10包括多个缓存队列QL1..QL3。队列选择器QS的主要任务是将输入的数据分组3分类到缓存存储器10的缓存队列QL1..QL3。队列选择器QS包括缓存队列文件8，该缓存队列文件8包括用于为此目的存储不同缓存队列QL1..QL3的信息的条目QL1’..QL3’。根据图2给出的示例性实施例，每个缓存队列文件条目QL1’..QL3’包括有关缓存存储器10内部的各个缓存队列QL1..QL3的起始和结束地址（Start，End）的信息。而且，串行网络链接4的帧大小FS、块基存储设备BBSD的块大小BS以及指向每个条目的起始地址的读和写地址（Rd，Wr）由缓存队列文件条目QL1’..QL3’包括。

在队列选择器QS接收的每个输入数据分组3包括有效载荷信息包pl11..pl31以及标签L1..L3。根据网络协议，标签L1..L3是合适的网络首标。标签L1..L3表示发送各个输入数据分组3的网络设备ND1..ND3。队列选择器QS读取输入数据分组3的标签L1..L3并且将有效载荷信息包pl11..pl31存储在专用于各个网络设备ND1..ND3的适当缓存队列QL1..QL3中。例如：包括有效载荷pl31和标签L3的由第三网络设备ND3发送的输入数据分组3将被存储在第三缓存队列QL3中，如其在图2中所示。通过适当的缓存控制器12来完成将有效载荷信息包pl11..pl31存储在缓存存储器10的不同缓存队列Ql1..QL3中的处理。

随着到来的输入数据分组3的数量增加，利用越来越多的有效载荷数据填充缓存存储器10的缓存队列QL1..QL3。缓存队列QL1..QL3被填满直到它们的水平达到预定阈值水平。根据图2中给出的实施例，该阈值水平是块基存储设备BBSD的块大小BS。根据图2中所示的网络存储设备NSD的示例性状态，第一和第二缓存队列QL1、QL2已达到它们的阈值水平BS。所有缓存队列QL1..QL3被给予相同的阈值水平BS。

在下一步骤中，单单包括关于一个网络设备ND1..ND3的数据的整个数据块被写入块基存储设备BBSD。该数据块是输出数据分组5。根据图2，输出数据分组5、即数据块blk11单单包括关于第一网络设备ND1的数据并且被写入到块基存储设备BBSD的块。数据块blk11包括整个第一和第二有效载荷数据信息包pl11和pl12，整个第一和第二有效载荷数据信息包pl11和pl12连接在一起并且被给予标签L1，表示所包括的有效载荷数据关于第一网络设备ND1。由于第一和第二有效载荷数据信息包pl11和pl12的总和没有达到块大小BS，因此可以将其他数据添加到数据块blk11。然而，第三有效载荷信息包pl13太大且所有三个数据信息包pl11、pl12和pl13的总和将超过块大小BS，即，所有三个信息包不能全部被写入到块基存储设备BBSD的单个块。作为一种解决方案，最后有效载荷数据信息包pl13分裂。仅其的一部分、即名称为pl13＊被带入块blk11，它的剩余部分保持在缓存队列QL1中。在缓存队列QL1再次达到其阈值BS的情况下，该剩余数据与下一有效载荷数据信息包一起被写入到块基存储设备BBSD。

在其他缓存队列QL2和QL3到达它们的阈值BS的情况下，写入块基存储设备BBSD的相同方法应用于该其他缓存队列QL2和QL3。通过参考图2中的示例性实施例，将被写入块基存储设备BBSD的下一块将包括目前存储在第二缓存队列QL2中的数据分组pl21到pl24以及有效载荷数据信息包括pl25的一部分。

优选地，通过起始和结束地址（Start，End）给出的缓存队列QL..QL3的大小足以捕获具有块大小BS的至少两个块。当队列选择器QS将输出数据分组5、即数据块从第一缓存队列QL1..QL3发送到块基存储设备BBSD时，各自缓存队列QL1..QL3可以用并行的到来的有效载荷数据信息包pl11..pl32填充。然而，优选地，块必须在其他有效载荷信息包pl11..pl32可被存储在各自缓存队列QL1..QL3中之前被完整地发送。

下面，将参考图3来解释来自块基存储设备BBSD的数据流，即读操作。

读操作起始于网络设备ND1..ND3请求来自网络存储设备NSD的数据。仅作为举例，在图3中，从网络存储设备NSD读取由第一网络设备ND1例如显示设备请求的数据块blk11。会理解，该数据块blk11是输入数据分组，因为它是从块基存储设备BBSD发送到可缩放缓存选择器SCS并且进一步到缓存存储器10。块blk11标记为L1，表示有效载荷必须被传送到第一网络设备ND1。队列选择器QS读取这个前缀并且将块blk11输入到第一缓存队列QL1。

缓存队列QL1..QL3专用于网络设备ND1..ND3的相应一个，如图2中描述的写处理可知。缓存队列QL1..QL3的位置通过缓存队列文件8的条目QL1’..QL3’来定义，表示各个缓存队列QL1..QL3的起始和结束地址（Start，End）以及块和帧大小（BS，FS）。再者，缓存队列QL1..QL3被赋予共同的阈值水平。然而，与写处理相反，不是串行网络链接4的块大小BS而是帧大小FS被认为是阈值水平。队列选择器QS经由串行网络链接4将前缀为相应水平L1..L3的数据子流以及具有帧大小FS的有效载荷信息包pl11r..pl32r发送到网络桥NB并且进一步到各个网络设备ND1..ND3。会理解，包括相应水平L1..L3的有效载荷信息包pl11r..pl32r是输出数据分组5，因为它们留在缓存存储器10中。

当块blk11..blk32的一段保留在指定的缓存队列QL1..QL3中时，它必须在下一传送周期、即当一个新块已被存储在各个缓存队列QL1..QL3中且再次到达阈值水平FS时被发送。如从写处理得知，优选地，在另一块可被存储在各个缓存队列QL1..QL3中之前必须完全发送该块。但是由于块的剩余段，有时必须发送两个块。当队列选择器QS将子流从第一缓存队列QL1..QL3发送到网络桥NB时，每个缓存队列QL1..QL3可以用来自块基存储设备BBSD的数据块填充，假设在缓存存储器10中有足够空间。

Claims

1.一种操作计算机系统（2）的方法，所述计算机系统（2）包括通过串行网络链接（4）连接到多个网络设备（ND1..ND3）的网络存储设备（NSD），该网络存储设备（NSD）包括用于存储关于网络设备（ND1..ND3）的数据的块基存储设备（BBSD）和可缩放缓存选择器（SCS），该可缩放缓存选择器（SCS）具有被细分为多个缓存队列（QL1..QL3）的缓存存储器（10），每个缓存队列（QL1..QL3）专用于网络设备（ND1..ND3）之一，该可缩放缓存选择器（SCS）进一步包括队列选择器（QS），用于将从网络设备（ND1..ND3）接收的或正发送到网络设备（ND1..ND3）的输入数据分组（3）分配给各个缓存队列（QL1..QL3），所述方法包括以下步骤：

a）经由串行网络链接（4）从不同网络设备（ND1..ND3）接收输入数据分组（3），

b）分离经由串行网络链接（4）接收的输入数据分组（3）流以便在队列选择器（QS）处将每个输入数据分组（3）识别为起源于网络设备（ND1..ND3）之一，

c）传送并存储所述输入数据分组（3）于缓存存储器（10）的缓存队列（QL1..QL3）中，所述缓存队列（QL1..QL3）被分配给各个网络设备（ND1..ND3），

d）从缓存存储器（10）的所述缓存队列（QL1..QL3）发送输出数据分组（5），该输出数据分组（5）包括由存储在所述缓存队列（QL1..QL3）中的输入数据分组（3）组成的数据内容的至少一部分，其中如果接收到的存储在所述缓存队列（QL1..QL3）中的输入数据分组（3）的数据量超过阈值（BS，FS），则执行输出该输出数据分组（5）的步骤，所述阈值（BS，FS）定义输出数据分组（5）的预定大小。

2.如权利要求1的方法，其中，在写入块基存储设备（BBSD）的过程期间，步骤d）包括将输出数据分组（5）发送到所述块基存储设备（BBSD），其中预定大小对应于块基存储设备（BBSD）的块大小（BS）。

3.如权利要求2的方法，其中块基存储设备（BBSD）被划分为多个片段，其中每个片段存储来自一个网络设备（ND1..ND3）的数据块（blk11..blk32）。

4.一种操作计算机系统（2）的方法，所述计算机系统（2）包括通过串行网络链接（4）连接到多个网络设备（ND1..ND3）的网络存储设备（NSD），该网络存储设备（NSD）包括用于存储关于网络设备（ND1..ND3）的数据的块基存储设备（BBSD）和可缩放缓存选择器（SCS），该可缩放缓存选择器（SCS）具有被细分为多个缓存队列（QL1..QL3）的缓存存储器（10），每个缓存队列（QL1..QL3）专用于网络设备（ND1..ND3）之一，该可缩放缓存选择器（SCS）进一步包括队列选择器（QS），用于将从网络设备（ND1..ND3）接收的或正发送到网络设备（ND1..ND3）的输入数据分组（3）分配给各个缓存队列（QL1..QL3），所述方法包括以下步骤：

a）从块基存储设备（BBDS）接收至少一个数据块（blk11..blk32）作为输入数据分组（3），

b）分离从块基存储设备（BBDS）接收的输入数据分组（3）流以便在队列选择器（QS）处将每个输入数据分组（3）分配给网络设备（ND1..ND3）之一，

5.如权利要求4的方法，其中，在从块基存储设备（BBSD）读取的过程期间，步骤c）包括将预定大小的输出数据分组（5）发送到串行网络链接（4）。

6.如权利要求5的方法，其中输出数据分组（5）的预定大小等于串行网络链接（4）的帧大小（FS）。

7.如权利要求5或6的方法，其中从块基存储设备（BBDS）接收到的数据块（blk11..blk32）的大小等于块基存储设备（BBDS）的块大小。

8.一种网络存储设备（NSD），其具有用于经由串行网络链接（4）连接到多个网络设备（ND1..ND3）的输入，该网络存储设备（NSD）包括用于存储关于网络设备（ND1..ND3）的数据的块基存储设备（BBSD）和可缩放缓存选择器（SCS），该可缩放缓存选择器（SCS）具有被细分为多个缓存队列（QL1..QL3）的缓存存储器（10），每个缓存队列（QL1..QL3）专用于网络设备（ND1..ND3）之一，该可缩放缓存选择器（SCS）能够执行如权利要求1到6之一所述的方法。

9.如权利要求8的计算机系统，其中该块基存储设备（BBSD）是硬盘驱动器或闪存驱动器。