CN1689099A - 用于检索数据的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高速缓存存储在存储器(102)的分配单元中数据的方法，所述存储器优选为硬盘驱动系统，其中检索可能招致性能恶化。这样例子是在备用扇区(215)中的数据，所述备用扇区位于硬盘板(200)上的备用区(210)中。然而所述高速缓冲存储器(103)是昂贵的物品。可以通过只高速缓存在备用扇区中的数据来降低对存储空间的需要，其中在所述备用扇区中存储了属于要检索的文件的数据。其它种类导致性能恶化的影响也可以依照这种方法来解决，比如像那些由软缺陷和文件碎片所引起的影响。

Description

用于检索数据的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种从被分为分配单元的第一存储器中检索数据的方法，所述数据由主机请求。
本发明还涉及一种用于从第一存储器中检索数据的设备，所述数据由主机请求，包括用于接收来自第一存储器的数据的装置，所述第一存储器被分成分配单元；第二存储器；和中央处理单元。
本发明还涉及一种用于再现视听信息的系统。
背景技术
这种方法、设备和系统已知于美国专利申请US-A-2001/0021983。该文献提出了一种把在硬盘板(platter)上的已损坏扇区重定位为所述板上备用区中的扇区的方法，以及一种用于执行这种方法的设备。依照存在于所述专利申请中的方法，把备用区定位在数据区外，磁盘板的外侧或内侧。
当检索来自硬盘板上一组扇区的数据时，其中所述组中某些扇区是损坏的并且因此重定位到备用区中的扇区，那么读取头必须从所述磁盘板上所述扇区组位于其中的区域切换到备用区之一。尽管所述专利申请提出了用于降低因切换读取头所带来的性能恶化的实施例，但是当检索来自所述该组扇区的数据时将始终存在性能恶化。这是因为读头始终必须进行从所述标准数据区到备用区中扇区的切换(或“扫描”)。
这是现有技术的缺点。硬盘驱动系统越来越多地用于视听应用，这要求这种系统的最佳实时性能和频带宽度。尤其当从所述硬盘驱动系统-或任何其它种类的存储装置-复接多个视听信息流时，发生在流送期间的性能恶化可以导致缓冲器下溢。当检索用于播放的视听信息流时，这会导致在屏幕上信息流显示的反应缓慢。这不但加剧了由重定位损坏扇区越界所引起的性能恶化，而且加剧了所谓的“软缺陷”，由此在获得正确数据之前必须读取所述数据扇区多次。
此外，根据实践得知可以把文件存储在所述硬盘板的片段中，所述文件是数据文件或视听信息流。从一个片段到另一个的切换同样可以招致性能恶化，读取头必须从在所述硬盘板上的一个区切换到另一个。在这种扫描期间，没有数据被读取。
发明内容
本发明的目的是在数据检索期间进一步降低存储器的性能恶化。
该目的是通过依照本发明的方法来实现的，并且其特征在于包括步骤：确定在哪个分配单元存储所请求数据；搜索分配单元的索引列表以便确定所述列表是否包括在先前步骤中确定的至少一个分配单元的索引；当在第一步骤中确定的至少一个分配单元的索引包括在所述列表内时，把存储在至少一个分配单元中数据的第一部分存储在第二存储器中；以及检索所请求的数据，其中从第二存储器检索所请求数据的第一部分并且从第一存储器检索所请求数据的第二部分，所请求数据的第二部分是所请求数据的第一部分的补充。
通过在检索全部数据之前高速缓存所请求数据的某些部分，在检索所请求数据的某些部分所固有的问题不会出现在检索全部数据期间。人们可以认为对硬盘驱动器磁盘板的损坏，会使检索某些数据难以进行。当在序列中检索所有请求的数据，例如依照在视听数据流情况下的流模式，并且在出现问题时，会危及使用依照现有技术方法的系统的实时性能。例如，当在检索数据期间试图进行几个重读取时，可以出现缓冲器欠载运行，导致用户黑屏。当根据分配单元的索引来构建列表时，使用依照本发明的方法可以防止已知的数据检索会导致像性能恶化之类的问题。
在本发明的实施例中，第一存储器具有标准数据检索速率并且通过使用包括下列步骤的方法来建立列表：监视从第一存储器检索数据的平均检索速率；确定所述平均检索速率是否降低到所述标准数据检索速率以下；当所述平均检索速率降低到所述标准数据检索速率以下时，确定其检索导致平均检索速率降低的数据部分；把存储其检索导致平均检索速率降低的数据的分配单元的索引添加到所述列表。
让分配单元索引的列表由使用依照本发明本身的方法的设备来建立是有益的。依照这种方法，可以把依据该实施例的方法作为所述设备的后台任务来执行。
此外，通过依照本发明的方法建立分配单元索引的列表，可以更新所述列表。依照这种方法，依照本发明的方法还解决了在使用第一存储器期间分配单元增加的问题。
在本发明的进一步的实施例中，所述数据是视听数据流，并且在由所述主机命令的序列中检索所述文件。
如已经解释的那样，当所请求的数据是流并且顺次检索时使用依照本发明的方法是有益的。可以通过所述主机、通过特技播放命令或只是通过播放命令来控制该流的播放。
依照本发明的设备其特征在于使所述中央处理单元能：确定在哪个分配单元存储所请求数据；搜索分配单元的索引列表以便确定所述列表是否包括其中存储所请求数据的至少一个分配单元的索引；当其中存储所请求数据的至少一个分配单元的索引包括在所述列表内时，把存储在至少一个分配单元中数据存储在第二存储器中；以及检索所请求数据，其中从第二存储器检索存储在第二存储器中的所请求数据的第一部分并且从第一存储器检索所请求数据的第二部分，所请求数据的第二部分是所请求数据的第一部分的补充。
依照本发明的系统包括如在权利要求6中所定义的设备和第一存储器。
附图说明
现在将借助于附图介绍本发明的实施例，其中：
图1示出了依照本发明系统的实施例；
图2示出了具有重定位到备用区的损坏扇区的磁盘板；
图3是表示依照本发明方法实施例的流程图；
图4示出了依照本发明系统的进一步的实施例；和
图5示出了具有存储在片段中文件的磁盘板。
具体实施方式
图1示出了设备100作为依照本发明的设备的实施例。所述设备100包括中央处理单元101、硬盘驱动系统102、高速缓冲存储器103和视频处理器104。在该实施例中，所述设备适合于存储视听数据。为了呈现这些视听数据，所述设备可以连接到电视机120。
在依照本发明的设备的进一步实施例中，由盘驱动器来代替所述硬盘驱动系统102，所述盘驱动器可以接收像DVD之类的光或磁光盘片。
在检索视听数据的过程中，及时递送数据比递送无错误的数据更重要。这是因为在电视机120上呈现的电影中少量的噪声在大多数情况下没有几秒钟的信号消失那样令人气恼，其中产生信号消失是因为几次重试执行硬盘驱动系统102以便适当地检索无论如何也是有毛病的数据。此外，应该持续地并且尽快地向所述视频处理器104递送数据以便防止在呈现电影时有任何反应迟缓。
在使用中，硬盘驱动系统102中磁盘板的质量降低了。这意味着在使用硬盘驱动系统102期间某些扇区——在所述盘片上最小的分配单元——会永久损坏。现有技术中，把将要存储在这种损坏扇区中的数据重定位到备用扇区是已知的。
这在图2中示出了。图2示出了具有备用区210的磁盘板200和在臂207上的读/写头205。所述磁盘板200是硬盘驱动系统102的一部分。在硬盘200上，把视听数据流存储在区220中。区220包括多个扇区。区220还包括损坏扇区225。已经把损坏扇区255重分配到备用扇区215。在硬盘驱动系统102的存储器(未示出)中管理该重分配。对于外界，仍然把数据存储在损坏扇区225中，但是在物理上，该数据位于备用扇区215中。
当从磁盘板200检索存储在区220中的视听数据流时，检索起始于由第一箭头230表明的位置。可以容易地检索在第一箭头230和第二箭头240之间的视听数据流的第一部分，这是因为所述数据没有被分段。这意味着可以在磁盘板200的一次旋转中检索该数据。所述磁盘板依照由第三箭头250表明的方向旋转。
然而，当所述头到达损坏区225以便检索逻辑上存储在那里的数据时，臂207必须移到磁盘板200的中心，以便头205能够从备用区215检索数据。当已经从所述备用扇区215检索该数据时，所述臂207必须移到磁盘板200的外部，以便把头205定位到由第四箭头260表明的位置来检索视听数据流的最后部分。
当检索视听数据流时，臂207的移动给检索速度带来相当大的性能恶化，这是因为当移动所述臂207时不能检索数据。
性能恶化本身表现出来就是增加访问时间和/或平均数据检索速率低于硬盘的标准数据检索速率。
这种性能降低会产生检索流中反应缓慢，导致由于缓冲器下溢而引起的表示中的反应缓慢，如已经解释的那样。本发明提出了一种降低这种速度恶化并且防止反应缓慢的方法。参考图1、图2和图3将要讨论依照本发明的方法的实施例。
在所呈现的本发明的实施例中，微处理器101从硬盘驱动系统102检索具有损坏扇区的列表。当请求在电视机120上呈现文件——像视听数据流——时，所述中央处理单元101将命令所述硬盘驱动系统102从磁盘板200检索所述文件。这是由流程图300描述的过程中的起始步骤302。在随后处理步骤304中，中央处理单元101确定其中文件位于磁盘板200上的区220。在处理步骤306中，检查具有损坏扇区的列表以便看看其中要加以检索文件的区220是否包括损坏扇区225。在决定步骤308中确定这是否是实际的情况。
当所述区220包括损坏扇区225时，在处理步骤320中检索重定位扇区215中的数据并将其存储在高速缓冲存储器103中。接着处理步骤320，从硬盘驱动系统102检索所述文件、直到要加以检索的数据位于备用扇区215为止。如之前所解释的那样，所述数据在逻辑上存储在损坏扇区225中，而在物理上存储在备用扇区215中。当要加以检索的数据位于备用扇区215时，在处理步骤324中从高速缓冲存储器103检索先前从备用扇区215检索的数据。随后，在决定步骤326中，检查是否已经完整地检索了所述文件。当不是这样时，由流程图300所描述的过程继续到处理步骤322，其中检索所述文件的最后部分。当在决定步骤326中检测到已经检索了完整文件时，在终结器312中停止该过程。
由于在处理步骤324中从高速缓冲存储器103检索存储在重定位扇区中的数据，所以臂207不必移到备用区210并且不必把头205定位到备用扇区215。这对硬盘驱动系统102的数据检索速度带来相当多的增益，对整个设备100也一样。
当在决定步骤308中检测到其中存储所述文件的区不包括任何损坏扇区时，立即从硬盘驱动系统102检索完整文件。当已经完整地检索所述文件时，在终结器312中停止该过程。
为正确执行借助于流程图300描述的所述方法，总体上应当知道重定位哪个扇区或哪个扇区招致性能恶化。
可以测量整个驱动器，但这是费时的。然而，这可以经由长时期的时间来完成，优选的是，当认为执行图3中所描述的方法的设备处于空闲模式时执行。在本发明的实施例中，扫描整个驱动器并且测量平均数据检索速率。当平均检索速率降低到由厂家制定的硬盘驱动的标准检索速率以下时，记录该平均检索速率并把检索导致平均检索速率降低的数据的存储的扇区地址存储在列表中。
第二种解决办法往往是监视所有请求并且标记花费比预期时间长的任何命令。然后可以进一步检查包括读取和/或写入比预期花费更长时间的数据的怀疑区，由此降低了扫描整个盘的必要。
最佳解决方法是从硬盘驱动系统本身得到所述信息。在HDD内，在重定位扇区上的信息是可用的，但唯一的问题是怎样提取它。对于未来的硬盘系统，这会是可能的。
图4示出了设备400作为依照本发明的设备的进一步实施例。所述设备400包括中央处理单元401、硬盘驱动系统402和视频处理器404。所述设备400从所述硬盘驱动系统402检索视听数据流并且用所述视频处理器404处理它。视频处理器440把从硬盘驱动系统402接收的数据转换为可在电视机420上显示的信号。
硬盘驱动系统402包括高速缓冲存储器403。当请求硬盘驱动系统402向视频处理器404发送文件——在该实施例中是视听信息流——时，所述硬盘驱动系统402检查在所述硬盘驱动系统402的磁盘板上的区是否包括损坏并因此重定位的扇区，其中在所述磁盘板的区上存储了所请求的文件。把损坏扇区重定位到在磁盘板备用区中的备用扇区。当其中存储了所请求文件的区包括重定位扇区时，在检索完整文件之前读取在备用扇区中的信息。
在检索文件期间，当应当检索来自重定位扇区的数据时，不从相应的备用扇区而是从高速缓冲存储器403检索该数据。
在本发明的实施例中，硬盘驱动系统402应当知道完整文件存储在磁盘板上的什么地方。这意味着所述硬盘驱动系统402需要了解设备400的文件系统。
在所描述的实施例中，高速缓存在备用区中的数据。然而在进一步的实施例中，也可以高速缓存由于任何其它原因而需要更多时间读取的数据。图5中给出了这种例子。图5示出了磁盘板500、具有读/写头504的臂502，其中在所述磁盘板500上，把视听数据流存储在片段中。当合并流时或当在磁盘板500上只有少量的空闲空间可用时、可以出现分段存储。把视听数据流存储在第一区510、第二区520和第三区530中。
数据的流送往往需要具有读/写头504的臂502从由第一箭头512示出的位置跳到第二区520以便检索数据。当已经从第二区520检索数据时，所述臂和读/写头504必须再次跳到由第一箭头512表明的位置以便再次从第一区检索数据。这将继续下去直到读/写头504到达由第二箭头514指出的位置为止。当到达该位置时，具有读/写头504的臂502必须跳到第三区530。当已经从第三区530检索所述数据时，所述臂502必须跳回到由第二箭头514指出的位置以便从第一区510检索所述流的最后数据。
臂502和读/写头504的跳转耗费了大量的时间。当在检索视听信息流之前高速缓存在第二区520和第三区530中存储的数据时，可以比依照常规的方法更快地完成所请求的流的检索。
在本发明的进一步的实施例中，在检索完整的视听数据流之前，只高速缓存存储在第二区520第一部分的数据和存储在第三区530第一部分的数据。依照这种方法，通过从高速缓冲存储器检索数据来填充由切换臂502所引起的、由硬盘驱动系统检索的信息中的间隙。这同先前的实施例相比降低了对高速缓存中存储空间的需要。
在流送文件之前也可以考虑像软缺陷之类的其它性能恶化以便高速缓存。软缺陷出现在这样的位置上，其中磁盘板质量降低了，但是经过几次重试仍然可以读取数据。照这样，软缺陷也会导致性能恶化。
当然，检索并高速缓存备用扇区耗费时间，正像在检索完整流期间具有读/写头的臂扫描一样。然而，目前的磁盘板具有相当好的质量并且它们不会很快变差，并且只有很少的扇区必须被重定位到在备用区中的备用扇区。因此，在启动时将只花费几百毫秒的时间来高速缓存存储在备用扇区中的数据。大多数用户宁可在启动时有些延迟，也不愿在显示视听数据期间反应缓慢。
上述实施例对于本发明宽阔的范围来说仅仅是说明性的而不是限制性的。例如，任何所属技术领域的技术人员应当理解，依照本发明的方法也可以应用于其它种类的存储器，像光磁盘片、像CD、SACD、DVD和蓝光盘之类的光盘等等。
总之，本发明涉及一种高速缓存存储在存储器(102)的分配单元中数据的方法，所述存储器优选为硬盘驱动系统，其中检索招致性能恶化。其例子是在备用扇区(215)中的数据，所述备用扇区位于在硬盘板(200)上的备用区(210)中。然而所述高速缓冲存储器(103)是昂贵的物品。可以通过只高速缓存在备用扇区中的数据来降低对存储空间的需要，其中在所述备用扇区中存储了属于要检索的文件的数据。其它种类导致性能恶化的影响也可以依照这种方法来解决，比如像那些由软缺陷和文件碎片所引起的影响。

Claims (9)

1.一种从被分为分配单元的第一存储器中检索由主机请求的数据的方法，所述方法的特征在于包括以下步骤：
(a)确定在哪个分配单元存储所请求的数据；
(b)搜索分配单元索引的列表，以便确定所述列表是否包括在先前步骤中确定的至少一个分配单元的索引；
(c)当在第一步骤中确定的至少一个分配单元索引包括在所述列表内时，把存储在至少一个分配单元中数据的第一部分存储在第二存储器中；以及
(d)检索所请求数据，其中从第二存储器检索所请求数据的第一部分并且从第一存储器检索所请求数据的第二部分，所请求数据的第二部分是所请求数据的第一部分的补充。
2.如权利要求1所述的方法，其中第一存储器具有标准数据检索速率，并且通过使用包括下列步骤的方法建立列表：
(a)监视从第一存储器检索数据的平均检索速率；
(b)确定所述平均检索速率是否低于所述标准数据检索速率；
(c)当所述平均检索速率低于所述标准数据检索速率时，确定其检索导致平均检索速率降低的数据部分；
(d)把其中存储其检索导致平均检索速率降低的数据的分配单元索引加到所述列表。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述列表包括重分配所述分配单元的索引。
4.如权利要求1所述的方法，其中把所请求的数据存储在第一存储器的片段中，并且所述列表包括每个片段分配单元的预定数目的索引。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述列表包括从一个读取操作中不能检索数据的分配单元的索引。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述数据是视听数据流，并且在由主机命令的序列中检索所述文件。
7.一种从第一存储器检索由主机请求的数据的设备，所述设备包括：
(a)用于从第一存储器接收数据的装置，所述第一存储器被分为分配单元；
(b)第二存储器；和
(c)中央处理单元；
其特征在于使所述中央处理单元能：
(d)确定所请求数据存储在哪个分配单元中；
(e)搜索分配单元索引的列表以便确定所述列表是否包括其中存储所请求数据的至少之一分配单元的索引；
(f)当其中存储所请求数据的至少一个分配单元包括在所述列表内时，把存储在至少一个分配单元中的数据存储在第二存储器中；以及
(g)检索所请求数据，其中从第二存储器检索存储在第二存储器中所请求数据的第一部分并且从第一存储器检索所请求数据的第二部分，所请求数据的第二部分是所请求数据的第一部分的补充。
8.如权利要求6所述的设备，其中第一存储器是硬盘驱动系统，而第二存储器是固态存储器。
9.一种用于再现视听信息的系统，包括如权利要求6所述设备和第一存储器。
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