CN107506140A - 一种用于存储系统的数据访问方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于存储系统的数据访问方法和系统，该方法包括：预先维护预设数量的历史IO信息；获取当前IO请求信息；判断当前IO请求信息是否和任一历史IO信息连续；若是，则将当前IO请求信息下发至存储系统中的机械磁盘进行相应的数据访问。通过维护一定数量的历史IO信息，当获取了新的IO请求时，遍历各历史IO信息，若该新的IO请求(即当前IO请求信息)和任一历史IO信息连续，则对于该新的IO请求通过机械硬盘进行数据访问。通过对连续IO数据块进行识别，便于进行后续的磁盘访问的选择，避免了给存储设备带来不不要的性能损失，可以显著地提高IO请求的访问效率，有效改善二级缓存的性能。

Description

一种用于存储系统的数据访问方法和系统
技术领域
本发明涉及信息技术领域，特别是涉及一种用于存储系统的数据访问方法和系统。
背景技术
随着信息技术的发展，存储系统等得到了迅速的发展。
对于存储系统，为了提高数据的读写效率一般都会涉及数据缓存功能。缓存盘通常使用flash、SSD等闪存存储介质，而数据存储盘一般都是机械磁盘。由于闪存盘比机械磁盘的性能优势主要体现在随机数据访问上，对于顺序数据访问，SSD磁盘的优势并不是很明显，所以对那些顺序访问的数据需要加以识别，对于这些数据直接从后端机械磁盘访问，不在SSD cache中缓存。
因此，如何对连续IO数据块进行识别，以便进行后续的磁盘访问的选择，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于存储系统的数据访问方法和系统，对连续IO数据块进行识别，以便进行后续的磁盘访问的选择，从而提高IO请求效率。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
一种用于存储系统的数据访问方法，包括：
预先维护预设数量的历史IO信息；
获取当前IO请求信息；
判断所述当前IO请求信息是否和任一所述历史IO信息连续；
若是，则将当前IO请求信息下发至存储系统中的机械磁盘进行相应的数据访问。
优选地，所述判断所述当前IO请求信息是否和任一所述历史IO信息连续，包括：
判断所述当前IO请求信息的起始扇区访问位置是否和任一所述历史IO信息的访问截止扇区连续；
若是，则判断所述当前IO请求信息的IO请求和对应的连续的历史IO信息的历史IQ请求的时间间隔是否小于预设的时间阈值。
优选地，所述预先维护预设数量的历史IO信息，包括：
预先以数组的形式维护n个距离当前时刻最近的历史IO信息，n为大于1的整数，且各所述历史IO信息包括lru、interval、sequential和last；其中，lru指向维护IO历史信息的lru链表，interval记录历史IO请求时间，sequential记录连续IO的访问长度，last记录历史IO访问的截止扇区。
优选地，还包括：
当判定所述当前IO请求信息和任一所述历史IO信息连续时，则将当前IO请求信息和对应的连续的历史IO信息进行合并，并更新合并后的历史IO信息的sequential和last属性；
当判定所述当前IO请求信息和所有所述历史IO信息均不连续时，则将lru链表的头部历史IO信息淘汰掉。
优选地，还包括：
判断更新后的历史IO信息的IO连续访问长度是否大于预设的bypass阈值；
若是，则标记该历史IO信息的IO为bypass，并直接访问所述机械磁盘，并将该历史IO信息放入lru链表的尾部。
一种用于存储系统的数据访问系统，包括：
历史IO信息维护模块，用于预先维护预设数量的历史IO信息；
获取模块，用于获取当前IO请求信息；
第一判断模块，用于判断所述当前IO请求信息是否和任一所述历史IO信息连续；
访问模块，用于在判定所述当前IO请求信息和任一所述历史IO信息连续时，将当前IO请求信息下发至存储系统中的机械磁盘进行相应的数据访问。
优选地，所述第一判断模块包括：
第一判断单元，用于判断所述当前IO请求信息的起始扇区访问位置是否和任一所述历史IO信息的访问截止扇区连续；
第二判断单元，用于在判定所述当前IO请求信息的起始扇区访问位置和任一所述历史IO信息的访问截止扇区连续时，判断所述当前IO请求信息的IO请求和对应的连续的历史IO信息的历史IQ请求的时间间隔是否小于预设的时间阈值。
优选地，所述历史IO信息维护模块包括：
存储单元，用于预先以数组的形式存储和维护n个距离当前时刻最近的历史IO信息，n为大于1的整数，且各所述历史IO信息包括lru、interval、sequential和last；其中，lru指向维护IO历史信息的lru链表，interval记录历史IO请求时间，sequential记录连续IO的访问长度，last记录历史IO访问的截止扇区。
优选地，还包括：
合并模块，用于当判定所述当前IO请求信息和任一所述历史IO信息连续时，将当前IO请求信息和对应的连续的历史IO信息进行合并，并更新合并后的历史IO信息的sequential和last属性；
淘汰模块，用于当判定所述当前IO请求信息和所有所述历史IO信息均不连续时，则将lru链表的头部历史IO信息淘汰掉。
优选地，还包括：
第二判断模块，用于判断更新后的历史IO信息的IO连续访问长度是否大于预设的bypass阈值；
处理模块，用于判定更新后的历史IO信息的IO连续访问长度大于预设的bypass阈值时，标记该历史IO信息的IO为bypass，并直接访问所述机械磁盘，并将该历史IO信息放入lru链表的尾部。
与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：
本发明所提供的一种用于存储系统的数据访问方法，包括：预先维护预设数量的历史IO信息；获取当前IO请求信息；判断当前IO请求信息是否和任一历史IO信息连续；若是，则将当前IO请求信息下发至存储系统中的机械磁盘进行相应的数据访问。通过维护一定数量的历史IO信息，当获取了新的IO请求时，遍历各历史IO信息，若该新的IO请求(即当前IO请求信息)和任一历史IO信息连续，则对于该新的IO请求通过机械硬盘进行数据访问。通过对连续IO数据块进行识别，便于进行后续的磁盘访问的选择，避免了给存储设备带来不不要的性能损失，可以显著地提高IO请求的访问效率，有效改善二级缓存的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种具体实施方式所提供的用于存储系统的数据访问方法流程图；
图2为本发明一种具体实施方式所提供的历史IO信息结构示意图；
图3为本发明一种具体实施方式所提供的历史IO的lru链表组织示意图；
图4为本发明一种具体实施方式所提供的用于存储系统的数据访问系统结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种用于存储系统的数据访问方法和系统，对连续IO数据块进行识别，以便进行后续的磁盘访问的选择，从而提高IO请求效率。
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
请参考图1和图2，图1为本发明一种具体实施方式所提供的用于存储系统的数据访问方法流程图；图2为本发明一种具体实施方式所提供的历史IO信息结构示意图。
本发明的一种具体实施方式提供了一种用于存储系统的数据访问方法，包括：
S11：预先维护预设数量的历史IO信息。
在本发明的一种实施方式中，预先维护预设数量的历史IO信息，包括：预先以数组的形式维护n个距离当前时刻最近的历史IO信息，n为大于1的整数，且各历史IO信息包括lru、interval、sequential和last；其中，lru指向维护IO历史信息的lru链表，interval记录历史IO请求时间，sequential记录连续IO的访问长度，last记录历史IO访问的截止扇区。即所谓的维护包括存储预设数量的历史IO信息，并可以包括将所有的历史IO信息以数组的形式组织成一个lru链表。
在本实施方式中，优选以数组的形式维护128个最近历史IO信息。其中，历史IO信息结构如图2所示，包括IO[0]至IO[127]共128个历史IO信息。各历史IO信息结构中的各属性含义为：lru指向维护IO历史信息的lru链表；interval记录历史IO请求时间；sequential记录连续IO的访问长度；last记录历史IO访问的截止扇区。
S12：获取当前IO请求信息。即获取一个新的IO请求信息，所谓的“新”相对于历史IO信息而言。
S13：判断当前IO请求信息是否和任一历史IO信息连续。
在本发明的一种实施方式中，判断当前IO请求信息是否和任一历史IO信息连续，包括：判断当前IO请求信息的起始扇区访问位置是否和任一历史IO信息的访问截止扇区连续；若是，则判断当前IO请求信息的IO请求和对应的连续的历史IO信息的历史IQ请求的时间间隔是否小于预设的时间阈值，如该时间阈值为5分钟。
在本实施方式中，IO连续性的判断准则包括两方面，一是当前IO请求的起始扇区访问位置和任一历史IO的访问截止扇区连续；二是当前IO IO请求和对应的历史IQ请求的时间间隔小于预设的时间阈值，即需要符合时间有效原则。只有同时满足以上两个条件才认可两个IO是真正连续的。通过该判断方法可以有效地识别出大块连续的IO访问请求。
S14：若是，则将当前IO请求信息下发至存储系统中的机械磁盘进行相应的数据访问。
在实际操作中，可以依次遍历数组中的历史IO信息，并根据各历史IO的last属性，判断当前IO请求是否与其中的某个历史IO连续，在同时满足连续、时间有效且连续访问长度大于预设的阈值的情况下，当前IO请求跳过缓存盘，直接访问后端的机械磁盘。
通过维护一定数量的历史IO信息，当获取了新的IO请求时，遍历各历史IO信息，若该新的IO请求(即当前IO请求信息)和任一历史IO信息连续，则对于该新的IO请求通过机械硬盘进行数据访问。通过对连续IO数据块进行识别，便于进行后续的磁盘访问的选择，避免了给存储设备带来不不要的性能损失，可以显著地提高IO请求的访问效率，有效改善二级缓存的性能。
在本发明的一种实施方式中，上述方法还包括：当判定当前IO请求信息和任一历史IO信息连续时，则将当前IO请求信息和对应的连续的历史IO信息进行合并，并更新合并后的历史IO信息的sequential和last属性；当判定当前IO请求信息和所有历史IO信息均不连续时，则将lru链表的头部历史IO信息淘汰掉。
在本实施方式中，如图3所示，图3为本发明一种具体实施方式所提供的历史IO的lru链表组织示意图。以上述实施方式中包括128个历史IO为例进行说明，将这n个(在本实施方式中n＝128)历史IO组织成lru链表的形式，由于只维护n个最近的历史IO，随着IO访问的进行，会把链表头部(list-heat)相对陈旧的历史IO信息淘汰掉，把最新的IO信息放入lru链表的尾部。从而，当判定当前IO和某个历史IO信息连续时，将当前IO请求信息和对应的连续的历史IO信息进行合并，并更新合并后的历史IO信息的sequential和last等属性。若当前IO和任一历史IO信息均不连续，则将lru链表的头部历史IO信息淘汰掉，将当前IO请求信息放置在lru链表的尾部。
利用IO历史信息结构记录历史IO连续访问长度、访问时间、访问的截止扇区等有关信息，并用于对新的IO请求进行连续性识别。利用链表组织管理历史IO信息数组，并依照历史IO的访问频率高低对其在链表中的位置进行实时的调整，实时地删除使用频率低的历史IO并插入新的IO请求(即删除访问频率最低的lru链表头部的历史IO信息)。
进一步地，还包括：判断更新后的历史IO信息的IO连续访问长度是否大于预设的bypass阈值；若是，则标记该历史IO信息的IO为bypass，并直接访问机械磁盘，并将该历史IO信息放入lru链表的尾部。
本实施方式通过两种数据结构管理历史IO信息，对连续大块IO数据进行识别。本发明考虑了闪存盘和机械磁盘在数据读写方面各自的优缺点，闪存盘对于小数据的随机读写优势明显，而对大数据块的顺序读写与机械磁盘相比并不存在优势，如果对这部分数据进行缓存会给存储设备带来不必要的性能损耗。因此，通过本发明的上述各实施方式将顺序的大数据块识别出来，使得这部分数据经由机械磁盘进行读写操作，并且不断在链表中插入新的IO请求记录，删除旧的IO记录，在查询到连续IO时，同步更新历史IO信息，从而大大提高了IO请求的访问效率，改善二级缓存的性能。
请参考图4，图4为本发明一种具体实施方式所提供的用于存储系统的数据访问系统结构示意图。
相应地，本发明一种实施方式还提供了一种用于存储系统的数据访问系统，包括：历史IO信息维护模块41，用于预先维护预设数量的历史IO信息；获取模块42，用于获取当前IO请求信息；第一判断模块43，用于判断当前IO请求信息是否和任一历史IO信息连续；访问模块44，用于在判定当前IO请求信息和任一历史IO信息连续时，将当前IO请求信息下发至存储系统中的机械磁盘进行相应的数据访问。
通过维护一定数量的历史IO信息，当获取了新的IO请求时，遍历各历史IO信息，若该新的IO请求(即当前IO请求信息)和任一历史IO信息连续，则对于该新的IO请求通过机械硬盘进行数据访问。通过对连续IO数据块进行识别，便于进行后续的磁盘访问的选择，避免了给存储设备带来不不要的性能损失，可以显著地提高IO请求的访问效率，有效改善二级缓存的性能。
其中，第一判断模块包括：第一判断单元，用于判断当前IO请求信息的起始扇区访问位置是否和任一历史IO信息的访问截止扇区连续；第二判断单元，用于在判定当前IO请求信息的起始扇区访问位置和任一历史IO信息的访问截止扇区连续时，判断当前IO请求信息的IO请求和对应的连续的历史IO信息的历史IQ请求的时间间隔是否小于预设的时间阈值。
在本实施方式中，IO连续性的判断准则包括两方面，一是当前IO请求的起始扇区访问位置和任一历史IO的访问截止扇区连续；二是当前IO IO请求和对应的历史IQ请求的时间间隔小于预设的时间阈值，即需要符合时间有效原则。只有同时满足以上两个条件才认可两个IO是真正连续的。通过该判断方法可以有效地识别出大块连续的IO访问请求。
进一步地，历史IO信息维护模块包括：存储单元，用于预先以数组的形式存储和维护n个距离当前时刻最近的历史IO信息，n为大于1的整数，且各历史IO信息包括lru、interval、sequential和last；其中，lru指向维护IO历史信息的lru链表，interval记录历史IO请求时间，sequential记录连续IO的访问长度，last记录历史IO访问的截止扇区。在实际操作中，可以依次遍历数组中的历史IO信息，并根据各历史IO的last属性，判断当前IO请求是否与其中的某个历史IO连续，在同时满足连续、时间有效且连续访问长度大于预设的阈值的情况下，当前IO请求跳过缓存盘，直接访问后端的机械磁盘。
在本发明的一种实施方式中，该系统还包括：合并模块，用于当判定当前IO请求信息和任一历史IO信息连续时，将当前IO请求信息和对应的连续的历史IO信息进行合并，并更新合并后的历史IO信息的sequential和last属性；淘汰模块，用于当判定当前IO请求信息和所有历史IO信息均不连续时，则将lru链表的头部历史IO信息淘汰掉。第二判断模块，用于判断更新后的历史IO信息的IO连续访问长度是否大于预设的bypass阈值；处理模块，用于判定更新后的历史IO信息的IO连续访问长度大于预设的bypass阈值时，标记该历史IO信息的IO为bypass，并直接访问机械磁盘，并将该历史IO信息放入lru链表的尾部。
利用IO历史信息结构记录历史IO连续访问长度、访问时间、访问的截止扇区等有关信息，并用于对新的IO请求进行连续性识别。利用链表组织管理历史IO信息数组，并依照历史IO的访问频率高低对其在链表中的位置进行实时的调整，实时地删除使用频率低的历史IO并插入新的IO请求(即删除访问频率最低的lru链表头部的历史IO信息)。
本实施方式通过两种数据结构管理历史IO信息，对连续大块IO数据进行识别。本发明考虑了闪存盘和机械磁盘在数据读写方面各自的优缺点，闪存盘对于小数据的随机读写优势明显，而对大数据块的顺序读写与机械磁盘相比并不存在优势，如果对这部分数据进行缓存会给存储设备带来不必要的性能损耗。因此，通过本发明的上述各实施方式将顺序的大数据块识别出来，使得这部分数据经由机械磁盘进行读写操作，并且不断在链表中插入新的IO请求记录，删除旧的IO记录，在查询到连续IO时，同步更新历史IO信息，从而大大提高了IO请求的访问效率，改善二级缓存的性能。
以上对本发明所提供的一种用于存储系统的数据访问方法和系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于存储系统的数据访问方法，其特征在于，包括：
预先维护预设数量的历史IO信息；
获取当前IO请求信息；
判断所述当前IO请求信息是否和任一所述历史IO信息连续；
若是，则将当前IO请求信息下发至存储系统中的机械磁盘进行相应的数据访问。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断所述当前IO请求信息是否和任一所述历史IO信息连续，包括：
判断所述当前IO请求信息的起始扇区访问位置是否和任一所述历史IO信息的访问截止扇区连续；
若是，则判断所述当前IO请求信息的IO请求和对应的连续的历史IO信息的历史IQ请求的时间间隔是否小于预设的时间阈值。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述预先维护预设数量的历史IO信息，包括：
预先以数组的形式维护n个距离当前时刻最近的历史IO信息，n为大于1的整数，且各所述历史IO信息包括lru、interval、sequential和last；其中，lru指向维护IO历史信息的lru链表，interval记录历史IO请求时间，sequential记录连续IO的访问长度，last记录历史IO访问的截止扇区。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：
当判定所述当前IO请求信息和任一所述历史IO信息连续时，则将当前IO请求信息和对应的连续的历史IO信息进行合并，并更新合并后的历史IO信息的sequential和last属性；
当判定所述当前IO请求信息和所有所述历史IO信息均不连续时，则将lru链表的头部历史IO信息淘汰掉。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
判断更新后的历史IO信息的IO连续访问长度是否大于预设的bypass阈值；
若是，则标记该历史IO信息的IO为bypass，并直接访问所述机械磁盘，并将该历史IO信息放入lru链表的尾部。
6.一种用于存储系统的数据访问系统，其特征在于，包括：
历史IO信息维护模块，用于预先维护预设数量的历史IO信息；
获取模块，用于获取当前IO请求信息；
第一判断模块，用于判断所述当前IO请求信息是否和任一所述历史IO信息连续；
访问模块，用于在判定所述当前IO请求信息和任一所述历史IO信息连续时，将当前IO请求信息下发至存储系统中的机械磁盘进行相应的数据访问。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一判断模块包括：
第一判断单元，用于判断所述当前IO请求信息的起始扇区访问位置是否和任一所述历史IO信息的访问截止扇区连续；
第二判断单元，用于在判定所述当前IO请求信息的起始扇区访问位置和任一所述历史IO信息的访问截止扇区连续时，判断所述当前IO请求信息的IO请求和对应的连续的历史IO信息的历史IQ请求的时间间隔是否小于预设的时间阈值。
8.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述历史IO信息维护模块包括：
存储单元，用于预先以数组的形式存储和维护n个距离当前时刻最近的历史IO信息，n为大于1的整数，且各所述历史IO信息包括lru、interval、sequential和last；其中，lru指向维护IO历史信息的lru链表，interval记录历史IO请求时间，sequential记录连续IO的访问长度，last记录历史IO访问的截止扇区。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括：
合并模块，用于当判定所述当前IO请求信息和任一所述历史IO信息连续时，将当前IO请求信息和对应的连续的历史IO信息进行合并，并更新合并后的历史IO信息的sequential和last属性；
淘汰模块，用于当判定所述当前IO请求信息和所有所述历史IO信息均不连续时，则将lru链表的头部历史IO信息淘汰掉。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，还包括：
第二判断模块，用于判断更新后的历史IO信息的IO连续访问长度是否大于预设的bypass阈值；
处理模块，用于判定更新后的历史IO信息的IO连续访问长度大于预设的bypass阈值时，标记该历史IO信息的IO为bypass，并直接访问所述机械磁盘，并将该历史IO信息放入lru链表的尾部。
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