CN111400204B - 一种固态盘缓存方法、系统及相关设备 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种固态盘缓存方法，包括：获取SSD缓存中的空闲空间大小；判断所述空闲空间大小是否低于设定阈值；若是，对HA‑SMR drive的瓦记录分区执行数据替换；若否，停止进行数据替换。本申请将HA‑SMR drive的磁介质缓存的地址信息开放给主机端，使用SSD作HA‑SMR drive的缓存，在此基础上还可以设置相应的SSD缓存替换算法，从而有效减少了HA‑SMR drive的数据迁移，提高了HA‑SMR drive的写性能。本申请的目的是提供一种固态盘缓存方法、系统、计算机可读存储介质和电子设备，具有上述有益效果。
Description
技术领域
本申请涉及数据存储领域，特别涉及一种固态盘缓存方法、系统及相关设备。
背景技术
当今时代，大数据的出现对存储容量的增长带来了很大的挑战。磁盘存储由于具备大容量、低成本的优势，仍将在存储系统中占据重要地位。受超顺磁效应的影响，传统磁盘的面密度即将达到极限，而瓦记录(shingled magnetic recording，SMR)技术能够在传统磁盘的基础上以较小成本实现磁盘面密度的增长，从而保证磁盘容量的增长。HA-SMRdrive(host-aware shingled magnetic recording drive，HA-SMR drive，主机感知的瓦记录磁盘)是瓦记录磁盘的一种，其内部存储空间划分为磁介质缓存和瓦记录分区，瓦记录分区的地址信息开放给主机端，而磁介质缓存的地址信息仍对主机端隐藏，这种开放的地址信息有利于主机对该瓦记录磁盘进行性能优化。然而由于瓦记录技术存在写放大问题，在写密集的工作负载下，随机写数据先存储在HA-SMR drive的磁介质缓存中，然后再通过读-更改-写操作迁移到对应的瓦记录分区中，这个过程中的数据迁移经常使得HA-SMRdrive的写性能受到严重影响。现有的研究机构致力于通过优化HA-SMR drive的数据布局方式来提高HA-SMR drive的写性能，同时也采用SSD(solid state drive，固态盘)提高HA-SMR drive的性能，但由于磁介质缓存的地址信息对主机端隐藏，瓦记录磁盘的写性能仍然受到较大影响,成为了数据存储过程中的性能瓶颈。
申请内容
本申请的目的是提供一种固态盘缓存方法、系统、计算机可读存储介质和电子设备，能够提高HA-SMR drive的写性能。
为解决上述技术问题，本申请提供一种固态盘缓存方法，具体技术方案如下：
获取SSD缓存中的空闲空间大小；
判断所述空闲空间大小是否低于设定阈值；
若是，对HA-SMR drive的瓦记录分区执行数据替换；
若否，停止进行数据替换。
其中，所述执行数据替换包括：
判断HA-SMR drive中瓦记录分区的空闲空间是否满足SSD缓存中属于所述瓦记录分区的数据的存储空间；
若是，将所述SSD缓存中对应的数据替换到所述HA-SMR drive中的瓦记录分区中；
若否，判断是否存在允许顺序写入HA-SMR drive的迁移优化区，且不引起迁移优化区垃圾回收的特定瓦记录分区；
若存在，将所述SSD缓存中对应的数据替换到所述迁移优化区中；
若不存在，根据所述瓦记录分区在HA-SMR drive中的有效数据数量进行升序排列，优先选择有效数据数量少的瓦记录分区进行数据替换。
其中，获取SSD缓存中的空闲空间大小之前，还包括：
监控写入SSD缓存的数据块，根据所述数据块的LBA和瓦记录分区地址信息计算所述数据块所属的瓦记录分区。
本申请还提供一种固态盘缓存系统，包括：
获取模块，用于获取SSD缓存中的空闲空间大小；
判断模块，用于判断所述空闲空间大小是否低于设定阈值；
数据替换模块，用于所述判断模块判断为是时，对HA-SMR drive的瓦记录分区执行数据替换；
替换终止模块，用于所述判断模块判断为否时，停止进行数据替换。
其中，所述数据替换模块包括：
替换单元，用于判断HA-SMR drive中瓦记录分区的空闲空间是否满足SSD缓存中属于所述瓦记录分区的数据的存储空间；若是，将所述SSD缓存中对应的数据替换到所述HA-SMR drive中的瓦记录分区中；若否，判断是否存在允许顺序写入HA-SMR drive的迁移优化区，且不引起迁移优化区垃圾回收的特定瓦记录分区；若存在，将所述SSD缓存中对应的数据替换到所述迁移优化区中；若不存在，根据所述瓦记录分区在HA-SMR drive中的有效数据数量进行升序排列，优先选择有效数据数量少的瓦记录分区进行数据替换。
其中，还包括：
监控模块，用于监控写入SSD缓存的数据块，根据所述数据块的LBA和瓦记录分区地址信息计算所述数据块所属的瓦记录分区。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的方法的步骤。
本申请还提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时实现如上所述的方法的步骤。
本申请提供一种固态盘缓存方法，包括：获取SSD缓存中的空闲空间大小；判断所述空闲空间大小是否低于设定阈值；若是，对HA-SMR drive的瓦记录分区执行数据替换；若否，停止进行数据替换。
本申请将HA-SMR drive的磁介质缓存的地址信息开放给主机端，使用SSD作HA-SMR drive的缓存，在此基础上还可以设置相应的SSD缓存替换算法，从而有效减少了HA-SMR drive的数据迁移，提高了HA-SMR drive的写性能。本申请的目的是提供一种固态盘缓存方法、系统、计算机可读存储介质和电子设备，具有上述有益效果，此处不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例所提供的一种固态盘缓存方法的流程图；
图2为本申请实施例所提供的一种固态盘缓存系统结构图；
图3为本申请实施例所提供的一种固态盘缓存系统结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种固态盘缓存方法的流程图，该方法包括：
S101：获取SSD缓存中的空闲空间大小；
S102：判断所述空闲空间大小是否低于设定阈值；若是，进入S103；若否，进入S104；
S103：对HA-SMR drive的瓦记录分区执行数据替换；
S104：停止进行数据替换。
在此对于如何获取SSD缓存中的空闲空间大小不作限定，可以在向SSD中写入数据过程中，持续统计写入SSD缓存的数据量，而SSD缓存是可知的，进而可以确定当前空闲空间大小。在此对于设定阈值不做具体限定，应由本领域技术人员根据实际需要做相应的设定。通常可以设置为SSD存储空间的20％，即SSD空闲空间低于其存储空间的20％时，进行数据替换。当然，可以理解的是，在每次进行数据替换后，都可以重复执行S101和S102即判断当前空闲空间大小与设定阈值之间的大小关系。当不低于设定阈值时，应停止进行数据替换。
基于上述实施例，作为一种优选实施例，参见图2，图2为本申请实施例所提供的一种固态盘缓存系统结构图，其中，主要包括负载监控模块、SSD缓存替换模块和主机读-更改-写模块，具体的数据替换过程可以包括如下步骤：
S201：判断HA-SMR drive中瓦记录分区的空闲空间是否满足SSD缓存中属于所述瓦记录分区的数据的存储空间；若是，进入S202；若否，进入S203；
S202：将所述SSD缓存中对应的数据替换到所述HA-SMR drive中的瓦记录分区中；
S203：判断是否存在允许顺序写入HA-SMR drive的迁移优化区，且不引起迁移优化区垃圾回收的特定瓦记录分区；若存在，进入S204；若不存在，进入S205；
S204：将所述SSD缓存中对应的数据替换到所述迁移优化区中；
S205：若不存在，根据所述瓦记录分区在HA-SMR drive中的有效数据数量进行升序排列，优先选择有效数据数量少的瓦记录分区进行数据替换。
负载监控模块用于监控写入SSD缓存的数据块，根据所述数据块的LBA和瓦记录分区地址信息计算所述数据块所属的瓦记录分区。
SSD缓存替换模块在缓存数据所归属的瓦记录分区中，依次判断HA-SMR drive中该瓦记录分区的空闲空间是否足够存放SSD缓存的属于该瓦记录分区的数据。若是，执行S202将SSD缓存中对应的数据替换到HA-SMR drive中的瓦记录分区中，同时替换过程终止；若不存在这样的瓦记录分区，则转向S203；
SSD缓存替换模块在缓存数据所归属的瓦记录分区中，判断是否存在这样的瓦记录分区，其在SSD缓存中的数据可以顺序写入HA-SMR drive的迁移优化区，且不引起迁移优化区垃圾回收。若存在，则进入S204将SSD缓存中属于该瓦记录分区的数据替换到HA-SMRdrive中的迁移优化区中，同时替换过程终止；若不存在这样的瓦记录分区，则进入S205；
如果以上两种瓦记录分区都不存在，则需要通过主机读-更改-写模块执行主机端的读-更改-写操作，将SSD缓存中的数据直接替换到HA-SMR drive中相应的瓦记录分区中，此时在SSD缓存中的数据所归属的瓦记录分区中，选择HA-SMR drive中有效数据最少的瓦记录分区进行替换。替换完成后，负载监控模块记录替换到瓦记录分区和迁移优化区的有效数据。
本申请实施例将HA-SMR drive的磁介质缓存的地址信息开放给主机端，并将其用途更改为迁移优化区，该迁移优化区和瓦记录分区之间不再进行数据迁移，且迁移优化区和瓦记录分区采用动态映射的方式写入数据；使用SSD作HA-SMR drive的缓存，在此基础上还可以设计面向HA-SMR drive的SSD缓存替换算法，优先替换SSD缓存中不引起HA-SMRdrive的瓦记录分区数据迁移的数据，其次替换不引起迁移优化区垃圾回收的数据，最后替换引起HA-SMR drive中瓦记录分区最少数据迁移的数据。本申请使用迁移优化区减少了HA-SMR drive中的数据迁移，使用SSD缓存并设计相应的缓存替换算法，进一步减少了HA-SMR drive中的数据迁移，从而提高了HA-SMR drive的写性能。
下面对本申请实施例提供的一种固态盘缓存系统进行介绍，下文描述的固态盘缓存系统与上文描述的固态盘缓存方法可相互对应参照。
参见图3，图3为本申请实施例所提供的一种固态盘缓存系统结构示意图，本申请还提供一种固态盘缓存系统，包括：
获取模块100，用于获取SSD缓存中的空闲空间大小；
判断模块200，用于判断所述空闲空间大小是否低于设定阈值；
数据替换模块300，用于所述判断模块判断为是时，对HA-SMR drive的瓦记录分区执行数据替换；
替换终止模块400，用于所述判断模块判断为否时，停止进行数据替换。
基于上述实施例，作为优选的实施例，所述数据替换模块300包括：
第一判断单元，用于判断HA-SMR drive中瓦记录分区的空闲空间是否满足SSD缓存中属于所述瓦记录分区的数据的存储空间；
第一替换单元，用于所述第一判断单元判断为是时，将所述SSD缓存中对应的数据替换到所述HA-SMR drive中的瓦记录分区中；
第二判断单元，用于所述第一判断单元判断为否时，判断是否存在允许顺序写入HA-SMR drive的迁移优化区，且不引起迁移优化区垃圾回收的特定瓦记录分区；
第二替换单元，用于所述第二判断单元判断为是时，将所述SSD缓存中对应的数据替换到所述迁移优化区中；
第三替换单元，用于所述第二判断单元判断为否时，根据所述瓦记录分区在HA-SMR drive中的有效数据数量进行升序排列，优先选择有效数据数量少的瓦记录分区进行数据替换。
基于上述实施例，作为优选的实施例，还包括：
监控模块，用于监控写入SSD缓存的数据块，根据所述数据块的LBA和瓦记录分区地址信息计算所述数据块所属的瓦记录分区。
本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，该计算机程序被执行时可以实现上述实施例所提供的步骤。该存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本申请还提供了一种电子设备，可以包括存储器和处理器，所述存储器中存有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时，可以实现上述实施例所提供的步骤。当然所述电子设备还可以包括各种网络接口，电源等组件。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例提供的系统而言，由于其与实施例提供的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本申请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申请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，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (6)
1.一种固态盘缓存方法，其特征在于，包括：
获取SSD缓存中的空闲空间大小；
判断所述空闲空间大小是否低于设定阈值；
若是，对HA-SMR drive的瓦记录分区执行数据替换；
若否，停止进行数据替换；
其中，所述执行数据替换包括：
判断HA-SMR drive中瓦记录分区的空闲空间是否满足SSD缓存中属于所述瓦记录分区的数据的存储空间；
若是，将所述SSD缓存中对应的数据替换到所述HA-SMR drive中的瓦记录分区中；
若否，判断是否存在允许顺序写入HA-SMR drive的迁移优化区，且不引起迁移优化区垃圾回收的特定瓦记录分区；
若存在，将所述SSD缓存中对应的数据替换到所述迁移优化区中；
若不存在，根据所述瓦记录分区在HA-SMR drive中的有效数据数量进行升序排列，优先选择有效数据数量少的瓦记录分区进行数据替换。
2.根据权利要求1所述的固态盘缓存方法，其特征在于，获取SSD缓存中的空闲空间大小之前，还包括：
监控写入SSD缓存的数据块，根据所述数据块的LBA和瓦记录分区地址信息计算所述数据块所属的瓦记录分区。
3.一种固态盘缓存系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取SSD缓存中的空闲空间大小；
判断模块，用于判断所述空闲空间大小是否低于设定阈值；
数据替换模块，用于所述判断模块判断为是时，对HA-SMR drive的瓦记录分区执行数据替换；
替换终止模块，用于所述判断模块判断为否时，停止进行数据替换；
其中，所述数据替换模块包括：
第一判断单元，用于判断HA-SMR drive中瓦记录分区的空闲空间是否满足SSD缓存中属于所述瓦记录分区的数据的存储空间；
第一替换单元，用于所述第一判断单元判断为是时，将所述SSD缓存中对应的数据替换到所述HA-SMR drive中的瓦记录分区中；
第二判断单元，用于所述第一判断单元判断为否时，判断是否存在允许顺序写入HA-SMR drive的迁移优化区，且不引起迁移优化区垃圾回收的特定瓦记录分区；
第二替换单元，用于所述第二判断单元判断为是时，将所述SSD缓存中对应的数据替换到所述迁移优化区中；
第三替换单元，用于所述第二判断单元判断为否时，根据所述瓦记录分区在HA-SMRdrive中的有效数据数量进行升序排列，优先选择有效数据数量少的瓦记录分区进行数据替换。
4.根据权利要求3所述的固态盘缓存系统，其特征在于，还包括：
监控模块，用于监控写入SSD缓存的数据块，根据所述数据块的LBA和瓦记录分区地址信息计算所述数据块所属的瓦记录分区。
5.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-2任一项所述的方法的步骤。
6.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时实现如权利要求1-2任一项所述的方法的步骤。
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