CN1329809C - 磁盘阵列的控制器及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁盘阵列的控制器及其工作方法，其主要构造包括有一接收模块、一拆分模块、一排序模块、一收发器、一拆分缓存器及一排序缓存器。其中，拆分模块可将接收模块所接收的读写命令拆分成数个子命令，且以一双向链表的方式储存于拆分缓存器内，再借助排序模块分析各子命令的执行顺序，并执行一优化排序程序，且将优化结果以双向链表的方式储存于排序缓存器内，最后再借助收发器将排序后的子命令分别传送给磁盘阵列中对应的数据储存器，从而有效提升磁盘阵列的读写速率。

Description

磁盘阵列的控制器及其工作方法

技术领域

本发明公开了一种磁盘阵列的控制器及其工作方法，可将磁盘阵列的读写命令拆分成数个子命令，并优化其执行顺序，进而可有效提升磁盘阵列的读写速率。

背景技术

在一般计算机系统的数据储存装置中，硬盘是最常被使用的储存装置。但是，因硬盘的执行速率受到机械运动的限制，所以仍不能达到计算机系统中的CPU或者是RAM的速率水平，容易成为系统的瓶颈。因此，为了加速计算机系统的数字数据的储存速率，并增加其储存量，同时还要确保储存数字数据的安全性，磁盘阵列的设计应运而生。再有，随着网络的兴起，服务器大量运用，对于大容量高速储存设备的大量需求，使磁盘阵列系统成为中低阶储存设备的最佳选择。

一般公职的磁盘阵列的控制器工作方式，仅单纯地依据磁盘阵列的级别及磁盘驱动器的数量，由磁盘阵列控制器将所要写入的数据切割成数个小数据块，并通过总线传输而平行分散地同时写入各个磁盘驱动器内；反之，要读取数据时，同时读取各个磁盘驱动器内所需的各个小数据块，并汇整成使用者所想要的数据，也就是，在读写数据时，是借助磁盘阵列的控制器操控多部磁盘驱动器的磁头同时运动，进而达到快速存取数据的目的。

但是，在实际使用上，经常会因为硬件的关系或数据配置的问题导致存取时间延迟。例如，数个磁盘驱动器连接在同一条总线在线，或者磁盘阵列控制器在同一时间内要使用同一台磁盘驱动器读取不同位置的数据等。因此，理论上磁盘阵列控制器虽然将读写命令同时下达到各个磁盘驱动器，但是在实际工作中各个磁盘驱动器在读写操作上仍会有先后执行的顺序，无形中造成时间的延迟而拖慢磁盘阵列的读写操作。

如何针对上述公知的磁盘阵列控制器所存在的缺点，设计出一种磁盘阵列的控制器及其工作方法，可将磁盘阵列的读写命令拆分成数个子命令，并优化其执行顺序，进而可有效提升磁盘阵列的读写速率，为本发明的发明重点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁盘阵列的控制器，借助一拆分模块而可将读写命令拆分成数个子命令，并利用一排序模块而将数个子命令的执行顺序作出优化排序，从而可有效提升磁盘阵列的读写速率。

本发明的另一目的在于提供一种磁盘阵列的控制器，利用一排序模块将数个子命令的执行顺序进行优化排序，再通过一收发器将子命令同时平行分散到各个相对应的储存器，而在收发器传送的过程中，排序程序持续在进行，从而可有效率地执行读写操作。

本发明的又一目的在于提供一种磁盘阵列的控制器，其排序模块以可同时执行的子命令为优先级的原则进行排序，可在同一时间执行最大数量的子命令，大幅提高磁盘阵列的效率。

本发明的又一目的，在于提供一种磁盘阵列的工作方法，在接收一读写命令后，先将该命令拆分成数个子命令，再将各子命令的执行顺序作出优化排序，之后将子命令同时平行传送到对应的数据储存器，可达到同时多任务的效果。

为了实现上述目的，本发明提供了一种磁盘阵列的控制器，控制器的主要构造包括有：一接收模块，可用以接收一命令来源所传送的至少一读写命令；一拆分模块，连接该接收模块，可将各读写命令拆分成数个子命令；一排序模块，连接该拆分模块，可分析各子命令的执行顺序，并执行排序的程序；及一收发器，连接该拆分模块及数个数据储存器，可将经过排序的各子命令传递给对应的数据储存器，并可接收由各数据储存器所回传的中断信号。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种磁盘阵列控制器的工作方法，其主要步骤包括有：接收由一命令来源所发出的至少一读写命令；将读写命令拆分成数个子命令；将数个子命令的执行顺序进行优化排序；及将经排序后的数个子命令分别传送给磁盘阵列中对应的数据储存器。

下面配合附图和具体实施例对本发明的特征作详细说明，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例的构造示意图；

图2为本发明的双向链表的结构示意图；

图3为本发明一较佳实施例工作流程示意图；

图4A为本发明数个子命令在未执行排序程序前的执行顺序示意图；及

图4B为本发明数个子命令在执行排序程序后的执行顺序示意图。

其中，附图标记：

10控制器             11接收模块

111接收缓存器        12拆分模块

122拆分缓存器        13排序模块

133排序缓存器        14收发器

15命令来源           161第一数据储存器

162第二数据储存器    163第三数据储存器

164第四数据储存器    165第五数据储存器

166第六数据储存器    167第七数据储存器

168第八数据储存器    171第一总线

172第二总线          173第三总线

174第四总线          20双向链表

21第一数据节点       211第一前置标记

212第一命令区        213第一后置标记

22第二数据节点       221第二前置标记

222第二命令区        223第二后置标记

23第三数据节点       231第三前置标记

232第三命令区        233第三后置标记

29第N数据节点        291第N前置标记

292第N命令区         293第N后置标记

1第一频率周期        2第二频率周期

3第三频率周期

具体实施方式

首先，请参考图1，为本发明一较佳实施例的构造示意图。如图所示，本发明控制器10的主要构造包括有一接收模块11、一拆分模块12、一排序模块13及一收发器14。

其中，接收模块11用来接收由一命令来源15所传送的读写命令。各读写命令依序传送到拆分模块12后，由拆分模块12将各读写命令拆分成数个子命令。之后，再利用排序模块13分析各子命令的执行顺序，并执行一优化排序程序，然后再借助收发器14以数个总线171至174分别将经过排序的数个子命令同时地平行传递给对应的数据储存器，例如：一第一数据储存器161、一第二数据储存器162、一第三数据储存器163等等。收发器14也可接收由各数据储存器161至168所回传的中断信号，从而可得知各数据储存器161至168是否已完成操作。当各数据储存器完成一批次操作后，控制器10即可再将数个子命令传输给各个数据储存器161至168。

拆分模块12将一读写命令拆分成数个子命令时，各子命令至少包含有一识别码、一地址及一数据长度。其中，各子命令的识别码对应于子命令所属的数据储存器，地址则指向该数据储存器的数据储存地址。收发器14可借此将各子命令正确传送到对应的数据储存器，再配合地址及数据长度的信息来确实完成数据读取或写入的操作。

其次，接收模块11还可设有一接收缓存器111，用来储存所接收的读写命令。拆分模块12设有一拆分缓存器122，用以储存拆分后的数个子命令。排序模块13则设有一排序缓存器133，用以储存经过排序处理后的数个子命令。借助各缓存器111、122、133的设置，各模块11、12、13可暂时独立工作，并将工作所得的结果储存在其相对应的缓存器111、122、133，达到同时多任务的目的。如此一来，即可有效缩短各模块11、12、13彼此之间的等待时间。

接着，请参考图2，为本发明的双向链表的结构示意图。在本发明中，拆分模块12及排序模块13分别以一双向链表的方式储存各子命令。如图所示，双向链表20包含有数个顺序相互关连的数据节点，例如：第一数据节点21、第二数据节点22、第三数据节点23，至第N数据节点29等等。各数据节点的结构包括有一前置标记、一命令区及一后置标记。例如第一数据节点21的结构包括有一第一前置标记211、一第一命令区212及一第一后置标记213；第二数据节点22结构包括有一第二前置标记221、一第二命令区222及一第二后置标记223，其余数据节点的结构名称可依此类推。

各数据节点的命令区分别用以储存一子命令。举例说明，一双向链表中，其第一命令区212、第二命令区222、第三命令区232及第N命令区292等，分别储存有第一子命令、第二子命令、第三子命令及第N子命令等。第一前置标记211因为是序列子命令的起始，所以内容为Null，而第一后置标记213指向第二数据节点22。第二前置标记221指向第一数据节点21，第二后置标记223则指向第三数据节点23；以此类推可得其余各个数据节点的链接关系。第N个数据节点29由于是最后的数据节点，所以其后置标记293也为Null。由此可知，双向链表20是通过前置标记与后置标记分别指向其相对应的各个数据节点而达到各个数据节点彼此链接的目的，且可清楚得知各个数据节点彼此链接的关系，这样就可以完整保存各个读写命令的原始内容。

通过各数据节点彼此链接的关系，排序模块13在分析各子命令的执行顺序后，若要将某一子命令提前或延后执行，必须改变数据节点在双向链表20中的地址。也就是，当双向链表中的某一数据节点被删除时，排序模块13仅需改变其前一数据节点的后置标记与后一数据节点的前置标记的指向，即可再度达到各数据节点彼此链接的目的。例如：当一双向链表中第二数据节点22被删除了，拆分模块12或者排序模块13会将第一后置标记213改指向第三数据节点23，而第三前置标记231则改指向第一数节点21。

同理，当双向链表20新增某一数据节点时，排序模块13也会更改相关数据节点的后置标记与前置标记的指向，以达到各数据节点彼此链接的目的。

由此得知，排序模块13在删除或增加数据节点时，只需要稍微变更相关的后置标记与前置标记的指向，不需大量搬动数据的位置，就可使排序模块13轻易快速地完成工作。

请参考图3，为本发明一较佳实施例的工作流程示意图。步骤301，首先由接收模块接收由一命令来源所传来的至少一读写命令；步骤303，之后将所接收的读写命令依次交由拆分模块执行拆分程序，将各读写命令分别拆分成数个子命令；步骤305，再借助排序模块分析各个子命令的执行顺序，并执行排序程序而将各子命令的执行顺序作出优化排序；步骤307，最后再利用收发器将排序后的子命令依批次同时地平行发送给对应的数据储存器。借助上述步骤，可有效提升磁盘阵列的读写效率。

另外，可在步骤301后执行步骤302：接收模块将所接收到的读写命令储存于接收缓存器内；并在步骤303后执行步骤304：拆分模块将拆分所产生的子命令储存在拆分缓存器内；以及在步骤305后执行步骤306：排序模块将经优化排序后的数个子命令储存在排序缓存器内。

本实施例可利用各缓存器、接收模块、拆分模块及排序模块将其工作的结果分别储存于对应的缓存器内，可有效去除各个执行步骤彼此之间相互等待的时间，进而提升其工作效率。

另外，本实施例的工作流程还可在步骤307后执行步骤308：由收发器判断是否有接收到由各数据储存器所回传的中断信号。若没有，则执行步骤308：表示各数据储存器尚未完成该批次子命令的操作，此时可依使用者的设定而延迟一时间区间，即步骤318；之后再重新执行步骤308。若接收到了各数据储存器回传的中断信号，则表示该批次的各子命令已执行完成，可进入下一步骤流程。

由于收发器每发送一子命令之后，就将排序缓存器内双向链表中对应的数据节点删除，所以在每一批次的子命令执行完成后，可执行步骤309来判断排序缓存器之内是否为空。若不为空，表示还有未完的子命令存在，则执行步骤307及其后序的步骤而形成一循环流程；若为空，则表示所有命令已完成，整个工作流程结束。

最后，请参考图4A及图4B，分别为排序前与排序后各子命令的执行顺序示意图。以图1所示实施例的架构为例，可明显看出第一数据储存器161与第二数据储存器162共享第一总线171；第三数据储存器163与第四数据储存器164共享第二总线172；第五数据储存器165与第六数据储存器166共享第三总线173；第七数据储存器167与第八数据储存器168共享第四总线174等等。因为，同一总线在同一时间内仅允许单一数据储存器使用，且同一数据储存器在同一时间内仅能执行一个子命令，以下将再对系统工作程序简化进行解说。假设每一数据储存器执行每一子命令都需要一个频率周期的时间，且忽略其它操作。此时，若有读写命令依磁盘阵列级别拆分为数个子命令，其执行时需各数据储存器进行工作的顺序如图4A所示。

理论上，在第一频率周期1内，第一数据储存器161应执行两个子命令、第二数据储存器162与第三数据储存器163各执行一个子命令。在第二频率周期2内，第五、第六、第七与第八数据储存器165至168各需执行一子命令。而在第三频率周期3内，第四数据储存器164应执行两个子命令、第五及第八数据储存器165、168各需执行一子命令。

但是在系统架构的限制下，在各频率周期内将各批次子命令同时平行地发送到相对应的数据储存器有困难，所以在实际执行时，上述同一频率周期内被执行的子命令将被分为两个、三个甚至更多的频率周期才能发送并执行完毕，而后续批次的子命令则需等待前一批次子命令全部完成后才能再依序被执行，导致严重延缓磁盘阵列的存取速率。

因此，若要避免上述问题并有效提升磁盘阵列的读写速率，必须要将各个子命令的执行顺序进行优化排序。下面进行详细说明：

本实施例的排序模块根据系统架构或磁盘阵列的级别，而以可被同时执行的子命令为优先级的原则对各子命令进行排序。利用本发明的磁盘阵列控制器及其工作方法，通过排序模块事先分析各子命令的执行顺序，并作出优化排序后，各数据储存器的工作时序将如图4B所示。其中，第一频率周期1内有第一、第三、第五及第七数据储存器161、163、165、167工作；第二频率周期2内有第二、第四、第六及第八数据储存器162、164、166、168工作；而第三频率周期3内则有第一、第四、第五及第八数据储存器161、163、165、168工作等等。可避免在同一个频率周期内发生一数据储存器需执行数个子命令，及数个数据储存器需同时使用一总线的情形。也就是说，各批次的子命令将以最大的效率被执行，从而可大幅提升磁盘阵列的存取速率。

另外，本发明所适用的命令来源可为操作系统或应用程序。而本发明磁盘阵列的控制器及其工作方法可以以硬件、软件或固件的方式加以实施。

综上所述，本发明可将磁盘阵列的读写命令拆分成数个子命令，并优化其执行顺序，进而可有效提升磁盘阵列的读写速率。

当然，本发明还可有其他多种实施例，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 (15)

1、一种磁盘阵列的控制器，包括：

一接收模块，用来接收一命令来源所传送的至少一读写命令；

其特征在于，还包括：

一拆分模块，连接该接收模块，可将各读写命令拆分成数个子命令；

一排序模块，连接该拆分模块，可分析各子命令的执行顺序，并执行排序的程序；及

一收发器，连接该拆分模块及数个数据储存器，可将经过排序的各子命令传递给对应的数据储存器，并可接收由各数据储存器所回传的中断信号；

其中，所述子命令至少包含有一识别码、一地址及一数据长度；所述识别码对应于子命令所属的数据储存器。

2、根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，该接收模块还设有一接收缓存器，用来储存该读写命令；该拆分模块还设有一拆分缓存器，用来储存该数个子命令；该排序模块还设有一排序缓存器，用来储存经过排序程序的数个子命令。

3、根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，该排序模块以可同时执行的子命令为优先级的原则进行排序。

4、根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，各子命令以一双向链表方式储存。

5、根据权利要求4所述的控制器，其特征在于，该双向链表包含有数个顺序相互关连数据节点，各数据节点的结构包括有：一前置标记、一命令区及一后置标记。

6、根据权利要求5所述的控制器，其特征在于，各命令区用来储存对应的子命令，各前置标记用来指向前一个数据节点，而各后置标记用来指向后一个数据节点。

7、根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，可选择以一硬件、一软件或一固件的方式实施；而该命令来源可选择为一操作系统或一应用程序。

8、一种磁盘阵列控制器的工作方法，其特征在于，包括下列步骤：

接收由一命令来源所发出的至少一读写命令；

将该读写命令拆分成数个子命令；

将该数个子命令的执行顺序进行优化排序；及

将经排序后的数个子命令分别传送给磁盘阵列中对应的数据储存器，并接收由各数据储存器所回传的中断信号；

其中，所述子命令至少包含有一识别码、一地址及一数据长度；所述识别码对应于子命令所属的数据储存器。

9、根据权利要求8所述的工作方法，其特征在于，在接收读写命令之后还包括有一将所接收的读写命令储存于一接收缓存器的步骤；在拆分该读写命令之后还包含有一将拆分所产生的子命令储存于一拆分缓存器的步骤；而在优化排序之后还包含有一将排序后的子命令储存于一排序缓存器的步骤。

10、根据权利要求9所述的工作方法，其特征在于，在开始传送子命令之后还包括有一判断该排序缓存器中是否有尚未发送的子命令的步骤；若是，则继续传送剩余的子命令；若否，则停止工作程序。

11、根据权利要求10所述的工作方法，其特征在于，在开始传送子命令之后还包括有一判断各数据储存器是否传送一中断信号的步骤；若是，则执行该判断排序缓存器是否有尚未发送的子命令的步骤，而形成一循环流程；若否，则延迟一时间区间，再次执行判断各数据储存装置是否传送中断信号的步骤。

12、根据权利要求8所述的工作方法，其特征在于，各子命令以一双向链表的方式储存。

13、根据权利要求12所述的工作方法，其特征在于，该双向链表包含有数个顺序相互关连的数据节点，各数据节点的结构包括有：一前置标记、一命令区及一后置标记；且各前置标记用来指向前一个数据节点；而各后置标记用来指向后一个数据节点。

14、根据权利要求11所述的工作方法，其特征在于，该优化排序以可同时执行的子命令为优先级的原则进行排序。

15、根据权利要求8所述的工作方法，其特征在于，可选择以一硬件、一软件或一固件的方式实施；而该命令来源可选择为一操作系统或一应用程序。

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