CN111881064A - 一种全闪存储系统中访问请求的处理方法、装置及设备 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种全闪存储系统中访问请求的处理方法，一方面，为了防止出现当B+树层数超过一定层数时其访问的平均时间成指数级增加，该方法将元数据分成多棵B+树，每棵树承载部分元数据，从而减少访问时间。另一方面，由于B+树查找是从根节点开始逐级往下遍历直到叶子节点，因此根节点是元数据查询过程中最常访问的节点，因此该方法将各个B+树的根节点地址存储在元数据缓存中的根节点地址区，加快元数据查询速度，显著提升数据访问效率。此外，本申请还公开了一种全闪存储系统中访问请求的处理装置、设备及可读存储介质，其技术效果与上述方法的技术效果相对应。

Description

一种全闪存储系统中访问请求的处理方法、装置及设备
技术领域
本申请涉及存储技术领域，特别涉及一种全闪存储系统中访问请求的处理方法、装置、设备及可读存储介质。
背景技术
存储行业发展到今天，硬件越来越标准化，所以已经很难靠硬件出彩了，更多情况下只能靠软件走差异化了。而且软件还有一个硬件不具备的优势，就是非标准化，因此全闪存储的核心在软件定义，通过优化软件栈，以达到与适配SSD盘无缝连接，从而达到性能最大化和安全的最优化。
在全闪存储软件栈中的重要一个模块即元数据管理。元数据(Mete data)是指描述数据的数据，可以理解为数据字典，比一般意义的数据范畴更加广泛的数据，不仅仅是表示数据的类型、名称、值等信息，也进一步提供了数据的上下文信息，比如数据所属域、数据来源等。在数据存储系统中，元数据是信息存储的基础，是数据的最小单元。如何有效的管理元数据和使用元数据，是一个非常值得探讨的问题，目前，元数据管理方法都存在内存空间和处理时间开销的博弈问题。
在全闪存储中，必然涉及到大量且高并发的数据访问和查询问题，如何有效的管理元数据，增加访问效率，是亟待本领域技术人员解决的问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种全闪存储系统中访问请求的处理方法、装置、设备及可读存储介质，用以解决全闪存储系统中由于元数据管理方式欠妥，导致访问效率较低的问题。其具体方案如下：
第一方面，本申请提供了一种全闪存储系统中访问请求的处理方法，包括：
接收上层应用发送的访问请求；
确定所述访问请求所携带的逻辑块地址，在元数据缓存中的根节点地址区查找与所述逻辑块地址对应的目标根节点地址，其中所述根节点地址区存储有两个以上的根节点地址，所述根节点地址与B+树一一对应，所述B+树用于组织全闪存储系统的元数据，所述B+树的层数小于等于预设阈值；
确定与所述目标根节点地址对应的目标B+树；遍历所述目标B+树，得到与所述逻辑块地址对应的物理块地址；
根据所述逻辑块地址，确定访问结果，并将所述访问结果发送至所述上层应用。
优选的，所述遍历所述目标B+树，得到与所述逻辑块地址对应的物理块地址；根据所述逻辑块地址，确定访问结果，并将所述访问结果发送至所述上层应用，包括：
在所述访问请求为读请求时，遍历所述目标B+树，查找与所述逻辑块地址对应的物理块地址；
若不存在与所述逻辑块地址对应的物理地址，则确定访问结果为空，并向所述上层应用发送访问目标不存在的提示信息。
优选的，所述遍历所述目标B+树，得到与所述逻辑块地址对应的物理块地址，包括：
在所述访问请求为写请求时，遍历所述目标B+树，查找与所述逻辑块地址对应的物理块地址；
若查找得到，则对所述物理块地址进行修改；
若未查找得到，则在所述目标B+树中插入与所述逻辑块地址对应的物理块地址。
优选的，在所述若查找得到，则修改所述物理块地址；若未查找得到，则在所述目标B+树中插入与所述逻辑块地址对应的物理块地址之后，还包括：
更新所述目标B+树的根节点地址；
根据更新结果更新所述根节点地址区中的目标根节点地址，并将更新结果同步到对端节点。
优选的，所述在元数据缓存中的根节点地址区查找与所述逻辑块地址对应的目标根节点地址，包括：
根据所述逻辑块地址的前N个字节，确定在元数据缓存的根节点地址区中与所述逻辑块地址对应的目标根节点地址，其中N小于所述逻辑块地址的总字节数。
优选的，所述预设阈值为4。
优选的，还包括：
在当前节点发生故障时，根据元数据缓存中的故障策略，将所述根节点地址区上的数据写入预设内存空间。
第二方面，本申请公开了一种全闪存储系统中访问请求的处理装置，包括：
访问请求接收模块：用于接收上层应用发送的访问请求；
根节点地址查找模块：用于确定所述访问请求所携带的逻辑块地址，在元数据缓存中的根节点地址区查找与所述逻辑块地址对应的目标根节点地址，其中所述根节点地址区存储有两个以上的根节点地址，所述根节点地址与B+树一一对应，所述B+树用于组织全闪存储系统的元数据，所述B+树的层数小于等于预设阈值；
B+树遍历模块：用于确定与所述目标根节点地址对应的目标B+树；遍历所述目标B+树，得到与所述逻辑块地址对应的物理块地址；
访问结果反馈模块：用于根据所述逻辑块地址，确定访问结果，并将所述访问结果发送至所述上层应用。
第三方面，本申请公开了一种全闪存储系统中访问请求的处理设备，包括：
存储器：用于存储计算机程序；
处理器：用于执行所述计算机程序，以实现如上所述的全闪存储系统中访问请求的处理方法的步骤。
第四方面，本申请公开了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时用于实现如上所述的全闪存储系统中访问请求的处理方法的步骤。
本申请所提供的一种全闪存储系统中访问请求的处理方法，包括：接收上层应用发送的访问请求；确定访问请求所携带的逻辑块地址，在元数据缓存中的根节点地址区查找与逻辑块地址对应的目标根节点地址，其中根节点地址区存储有两个以上的根节点地址，根节点地址与B+树一一对应，B+树用于组织全闪存储系统的元数据，且B+树的层数小于等于预设阈值；确定与目标根节点地址对应的目标B+树；遍历目标B+树，得到与逻辑块地址对应的物理块地址；根据逻辑块地址，确定访问结果，并将访问结果发送至上层应用。
可见，一方面，为了防止出现当B+树层数超过一定层数时其访问的平均时间成指数级增加，该方法将元数据分成多棵B+树，每棵树承载部分元数据，从而减少访问时间。另一方面，由于B+树查找是从根节点开始逐级往下遍历直到叶子节点，因此根节点是元数据查询过程中最常访问的节点，因此该方法将各个B+树的根节点地址存储在元数据缓存中的根节点地址区，加快元数据查询速度，显著提升数据访问效率。
此外，本申请还公开了一种全闪存储系统中访问请求的处理装置、设备及可读存储介质，其技术效果与上述方法的技术效果相对应，这里不再赘述。
附图说明
为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，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的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请所提供的一种全闪存储系统中访问请求的处理方法实施例一的实现流程图；
图2为本申请所提供的全闪存储系统中数据访问过程的示意图；
图3为本申请所提供的B+树结构示意图；
图4为本申请所提供的一种全闪存储系统中访问请求的处理方法实施例二的过程示意图图一；
图5为本申请所提供的一种全闪存储系统中访问请求的处理方法实施例二的过程示意图图二；
图6为本申请所提供的一种全闪存储系统中访问请求的处理装置实施例的功能框图。
具体实施方式
本申请的核心是提供一种全闪存储系统中访问请求的处理方法、装置、设备及可读存储介质，通过将元数据分成多棵B+树，利用每棵树承载部分元数据，从而保证每棵B+树的层数不会超过特定层数，并通过把将B+树的根节点地址存储在元数据缓存中，显著提升全闪存储中的访问效率。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅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。
下面对本申请提供的一种全闪存储系统中访问请求的处理方法实施例一进行介绍，参见图1，实施例一包括：
S101、接收上层应用发送的访问请求；
S102、确定所述访问请求所携带的逻辑块地址，在元数据缓存中的根节点地址区查找与所述逻辑块地址对应的目标根节点地址，其中所述根节点地址区存储有两个以上的根节点地址，所述根节点地址与B+树一一对应，所述B+树用于组织全闪存储系统的元数据，所述B+树的层数小于等于预设阈值；
S103、确定与所述目标根节点地址对应的目标B+树；遍历所述目标B+树，得到与所述逻辑块地址对应的物理块地址；
S104、根据所述逻辑块地址，确定访问结果，并将所述访问结果发送至所述上层应用。
全闪存储中，元数据在整个IO流程中的功能和位置如图2所示。从图2可以看出，接收到访问请求之后，首先需要查询元数据，找到L->P映射关系，最后去访问PBA(PhysicalBlock Address，物理块地址)对应的数据。该元数据查询过程包括：先访问元数据缓存，如果在缓存中查找到对应的元数据，直接做元数据校验后返回给查询请求；如果不能查找到，则去SSD盘上访问元数据，然后返给查询请求。可见，元数据的查询效率对于数据读写是非常重要的，而元数据的组织结构方法对于元数据的查询效率至关重要。
为了支持全闪存储内部元数据对象的有效查找，需要有一种先进的索引结构支持，可以获得较好的查找性能。B+树索引具有O(logn)的查找时间复杂度和至少50％的空间使用率(非叶子节点作为索引节点，不作为保存数据的节点)，综合来看B+树有更好的搜索效率，更适合组织元数据对象。
B+树结构如图3所示，B+树查找是通过根节点然后逐级往下遍历直到叶子节点，因此根节点是查询过程中最重要的节点，是最常访问的节点，而且层次越低的节点访问频率越高。因此，为了提升查询效率，可以尽量根节点信息保留在内存中。
为了防止出现当B+树层数超过一定层数后，其访问的平均时间成指数级增加，本实施例将元数据分成多棵B+树，利用每棵树承载部分元数据，从而保证每棵B+树的层数不会超过预设阈值。其中，预设阈值的具体取值可以根据实际需求而设定，本实施例对此不做限定。
然而，假设将元数据分成M棵树(M为大于等于2的正整数)，那么，存放B+树根节点地址的空间多了M-1个8字节(用8字节存放根节点的物理块地址)。由于根节点是元数据查询过程中最常访问的节点，因此，本实施例在元数据缓存中设置根节点地址区，将各个B+树的根节点地址存储在该节点地址区。这种方式可以获得高效的元数据访问，增强元数据的准确度和安全性，增加并发查询的高效性。
基于以上，本实施例在接收到上层应用发送的访问请求之后，首先确定该访问请求所携带的逻辑块地址(Logical Block Address，LBA)，然后在元数据缓存中的根节点地址区查找与该逻辑块地址对应的目标根节点地址，确定与目标根节点地址对应的目标B+树；遍历目标B+树，得到与逻辑块地址对应的物理块地址；最终，根据逻辑块地址，确定访问结果，并将访问结果发送至上层应用。
具体的，在访问请求为读请求时，遍历目标B+树，查找与逻辑块地址对应的物理块地址；若查找得到，则根据该物理块地址读取真实数据，并将读取到的真实数据作为访问结果发送至上层应用；若查找不到，则确定访问结果为空，并向所述上层应用发送访问目标不存在的提示信息。
在访问请求为写请求时，遍历目标B+树，查找与逻辑块地址对应的物理块地址；若查找得到，则对物理块地址进行修改；若未查找得到，则在目标B+树中插入与逻辑块地址对应的物理块地址。然后，根据修改后的物理块地址对真实数据进行修改，或者根据新插入的物理块地址插入新的真实数据。
可以理解的是，当访问请求为写请求时，在修改目标B+树的物理块地址之后或在目标B+树插入新的物理块地址之后，需要判断是否更新目标B+树的根节点地址，如需要更新，则生成新的根节点地址作为更新结果，根据更新结果更新根节点地址区中的目标根节点地址，并将更新结果同步到对端节点。
本实施例所提供一种全闪存储系统中访问请求的处理方法，一方面，该方法将元数据分成多棵B+树，每棵树承载部分元数据，从而减少访问时间。另一方面，该方法将各个B+树的根节点地址存储在元数据缓存中的根节点地址区，加快元数据查询速度，显著提升数据访问效率。
下面开始详细介绍本申请提供的实施例二，实施例二基于前述实施例一实现，并在实施例一的基础上进行了一定程度上的拓展。
具体的，本实施例限定B+树的层数不超过4层。且本实施例限定了如何在B+树中查找与逻辑块地址对应的物理块地址。
参见图4，实施例二具体包括：
S401、接收上层应用发送的访问请求；
S402、确定所述访问请求所携带的逻辑块地址；
S403、根据所述逻辑块地址的前N个字节，确定在元数据缓存的根节点地址区中与所述逻辑块地址对应的目标根节点地址，其中所述根节点地址区存储有两个以上的根节点地址，所述根节点地址与B+树一一对应，所述B+树的层数小于等于4，N小于所述逻辑块地址的总字节数；
S404、确定与所述目标根节点地址对应的目标B+树；
S405、在所述访问请求为读请求时，遍历所述目标B+树，查找与所述逻辑块地址对应的物理块地址；若查找得到，则根据该物理块地址读取真实数据，并将读取到的真实数据作为访问结果发送至上层应用；若查找不到，则确定访问结果为空，并向所述上层应用发送访问目标不存在的提示信息；结束流程；
S406、在访问请求为写请求时，遍历目标B+树，查找与逻辑块地址对应的物理块地址；若查找得到，则对物理块地址进行修改；若未查找得到，则在目标B+树中插入与逻辑块地址对应的物理块地址；进入S407；
S407、更新所述目标B+树的根节点地址；根据更新结果更新所述根节点地址区中的目标根节点地址，并将更新结果同步到对端节点。
当请求访问元数据时，首先根据访问请求中的逻辑块地址，找到对应的根节点地址区，并确定所属B+树的根节点地址。将请求分到对应的B+树以进行元数据查询，分配方式为：根据逻辑块地址的前N个字节，确定唯一对应的目标B+树，其中N小于等于逻辑块地址的总字节数，具体取值可以根据实际需求而设定，本实施例将N设置为4。
值得一提的是，在当前节点和对端节点都成功更新后，本次写操作才成功，否则回到S4046。
本实施例不仅在元数据缓存中存储了根节点地址，还在元数据缓存中存储了故障策略。该故障策略描述了当单个节点或两个节点发生故障时，对根节点地址区上数据的处理方式。如图5所示，具体包括：
S501、在当前节点和对端节点均发生故障时，根据元数据缓存中的故障策略，将当前节点和/或对端节点的根节点地址区上的数据写入预设内存空间；
S502、在当前节点发生故障时，根据元数据缓存中的故障策略，将当前节点的根节点地址区上的数据同步到对端节点的元数据缓存中；
S503、在对端节点发生故障时，根据元数据缓存中的故障策略，将对端节点的根节点地址区上的数据同步到当前节点的元数据缓存中。
通过把故障策略(harden策略)来保存在元数据缓存中，可以使元数据的访问更加高效率，即使发生节点故障时元数据B+树根节点信息不会丢失，而且其他节点可以快速接管元数据的管理。该方法可以获得高效的元数据访问，增强元数据的准确度和安全性，增加并发查询的高效性。
下面对本申请实施例提供的一种全闪存储系统中访问请求的处理装置进行介绍，下文描述的一种全闪存储系统中访问请求的处理装置与上文描述的一种全闪存储系统中访问请求的处理方法可相互对应参照。
如图6所示，本实施例的全闪存储系统中访问请求的处理装置，包括：
访问请求接收模块601：用于接收上层应用发送的访问请求；
根节点地址查找模块602：用于确定所述访问请求所携带的逻辑块地址，在元数据缓存中的根节点地址区查找与所述逻辑块地址对应的目标根节点地址，其中所述根节点地址区存储有两个以上的根节点地址，所述根节点地址与B+树一一对应，所述B+树用于组织全闪存储系统的元数据，所述B+树的层数小于等于预设阈值；
B+树遍历模块603：用于确定与所述目标根节点地址对应的目标B+树；遍历所述目标B+树，得到与所述逻辑块地址对应的物理块地址；
访问结果反馈模块604：用于根据所述逻辑块地址，确定访问结果，并将所述访问结果发送至所述上层应用。
本实施例的全闪存储系统中访问请求的处理装置用于实现前述的全闪存储系统中访问请求的处理方法，因此该装置中的具体实施方式可见前文中的全闪存储系统中访问请求的处理方法的实施例部分，例如，访问请求接收模块601、根节点地址查找模块602、B+树遍历模块603、访问结果反馈模块604，分别用于实现上述全闪存储系统中访问请求的处理方法中步骤S101，S102，S103，S104。所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再展开介绍。
另外，由于本实施例的全闪存储系统中访问请求的处理装置用于实现前述的全闪存储系统中访问请求的处理方法，因此其作用与上述方法的作用相对应，这里不再赘述。
此外，本申请还提供了一种全闪存储系统中访问请求的处理设备，包括：
存储器：用于存储计算机程序；
处理器：用于执行所述计算机程序，以实现如上文所述的全闪存储系统中访问请求的处理方法的步骤。
最后，本申请提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时用于实现如上文所述的全闪存储系统中访问请求的处理方法的步骤。
本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它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上对本申请所提供的方案进行了详细介绍，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；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种全闪存储系统中访问请求的处理方法，其特征在于，包括：
接收上层应用发送的访问请求；
确定所述访问请求所携带的逻辑块地址，在元数据缓存中的根节点地址区查找与所述逻辑块地址对应的目标根节点地址，其中所述根节点地址区存储有两个以上的根节点地址，所述根节点地址与B+树一一对应，所述B+树用于组织全闪存储系统的元数据，所述B+树的层数小于等于预设阈值；
确定与所述目标根节点地址对应的目标B+树；遍历所述目标B+树，得到与所述逻辑块地址对应的物理块地址；
根据所述逻辑块地址，确定访问结果，并将所述访问结果发送至所述上层应用。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述遍历所述目标B+树，得到与所述逻辑块地址对应的物理块地址；根据所述逻辑块地址，确定访问结果，并将所述访问结果发送至所述上层应用，包括：
在所述访问请求为读请求时，遍历所述目标B+树，查找与所述逻辑块地址对应的物理块地址；
若不存在与所述逻辑块地址对应的物理地址，则确定访问结果为空，并向所述上层应用发送访问目标不存在的提示信息。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述遍历所述目标B+树，得到与所述逻辑块地址对应的物理块地址，包括：
在所述访问请求为写请求时，遍历所述目标B+树，查找与所述逻辑块地址对应的物理块地址；
若查找得到，则对所述物理块地址进行修改；
若未查找得到，则在所述目标B+树中插入与所述逻辑块地址对应的物理块地址。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述若查找得到，则修改所述物理块地址；若未查找得到，则在所述目标B+树中插入与所述逻辑块地址对应的物理块地址之后，还包括：
更新所述目标B+树的根节点地址；
根据更新结果更新所述根节点地址区中的目标根节点地址，并将更新结果同步到对端节点。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在元数据缓存中的根节点地址区查找与所述逻辑块地址对应的目标根节点地址，包括：
根据所述逻辑块地址的前N个字节，确定在元数据缓存的根节点地址区中与所述逻辑块地址对应的目标根节点地址，其中N小于所述逻辑块地址的总字节数。
6.如权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，所述预设阈值为4。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
在当前节点发生故障时，根据元数据缓存中的故障策略，将所述根节点地址区上的数据写入预设内存空间。
8.一种全闪存储系统中访问请求的处理装置，其特征在于，包括：
访问请求接收模块：用于接收上层应用发送的访问请求；
根节点地址查找模块：用于确定所述访问请求所携带的逻辑块地址，在元数据缓存中的根节点地址区查找与所述逻辑块地址对应的目标根节点地址，其中所述根节点地址区存储有两个以上的根节点地址，所述根节点地址与B+树一一对应，所述B+树用于组织全闪存储系统的元数据，所述B+树的层数小于等于预设阈值；
B+树遍历模块：用于确定与所述目标根节点地址对应的目标B+树；遍历所述目标B+树，得到与所述逻辑块地址对应的物理块地址；
访问结果反馈模块：用于根据所述逻辑块地址，确定访问结果，并将所述访问结果发送至所述上层应用。
9.一种全闪存储系统中访问请求的处理设备，其特征在于，包括：
存储器：用于存储计算机程序；
处理器：用于执行所述计算机程序，以实现如权利要求1-7任意一项所述的全闪存储系统中访问请求的处理方法的步骤。
10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时用于实现如权利要求1-7任意一项所述的全闪存储系统中访问请求的处理方法的步骤。
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