CN1924834A - 一种高速存储器预读方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及存储技术领域中一种高速存储器预读方法及装置。所述方法包括：在读操作时，根据当前业务类型对照预先设定的预读信息，确定当前预读数据的大小；根据确定的预读数据大小进行预读操作。本发明针对每种特定的业务设定最优的预读数据大小，而且实现起来比较简单，每次获取预读数据大小时，不需复杂的计算或额外存储空间，只需要查询预设预读数值即可，并且可以动态调整预读数据大小，适用于任何读取模式，提高了整个系统的读性能。

Description

一种高速存储器预读方法及装置

技术领域

本发明涉及存储技术领域，尤其涉及一种高速存储器预读方法及装置。

背景技术

随着电子技术的快速发展，各种处理器的性能约每2.25年就提高一倍，相比之下，磁盘作为计算机系统主要的在线外存储设备，虽然其容量每隔三年扩大一倍，但读写速度却始终改善不大。因此，磁盘和处理器速度的不匹配问题越来越突出。

Cache(高速存储器)技术是一个提高磁盘访问速度有效的方法。Cache在存储子系统中的位置如图1所示。在读Cache时，可能会读命中，也可能会读不命中。当读Cache命中时，直接从Cache中返回数据给主机。当读Cache不命中时，则需要去读磁盘，相应的磁盘读操作由三个步骤组成：移动磁头进行寻道，旋转盘片进行定位，然后顺序读取数据。如果读少量数据，则移动磁头和旋转盘片的时间，在读取单位数据所花费的时间上占据比较大的比重。若连续读磁盘相邻位置，则移动磁头和旋转盘片的时间减少或为零。所以，在存储系统中，普遍采用预读策略，将主机需要的数据提前预读到Cache中，加速存储子系统的性能。

由于每次访问Cache时都可以对Cache进行预读。根据时间局部性原理，只有读Cache时，下一次再读Cache的可能性比较大；所以在写Cache时，不对Cache进行预读。

现有技术一中所述读Cache操作的预读技术为，固定预读技术，提供一个函数返回固定预读长度，每次预读固定长度的数据。

现有技术一的缺点在于：固定预读技术不灵活，很少能预读到马上要读取的数据，而且常常取到主机不读的数据。

现有技术二中所述读Cache操作的预读技术为，倍数预读技术，每次预读数据的长度是当前命令长度的固定倍数。例如，某个读命令的长度为1024字节，如果在第一次读操作时，开始512字节在Cache中读命中，剩下512字节读不命中，若设定固定预读倍数为2，则预读长度为512字节×2＝1024字节。

所述现有技术二所述的倍数预读技术具有一定的灵活性，但不能真正预读到马上要读取的数据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高速存储器预读方法及装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种高速存储器预读方法，包括步骤：

在读操作时，根据当前业务类型对照预先设定的预读信息确定当前预读数据的大小；

根据确定的预读数据大小进行预读操作。

所述预先设定的预读信息包括：高速存储器划分的区间信息、预读起始地址信息、预读门限值、停止次数门限值、读不命中门限值。

所述根据确定的预读数据大小进行预读操作的步骤具体包括步骤：

A、执行读Cache操作，判断所述读操作是否读命中，如果读命中，执行步骤B，否则执行步骤C；

B、根据当前业务类型对照预先设定的预读信息确定的预读数据大小，选择与前一次预读结尾位置相邻的位置开始预读操作；

C、根据读不命中后所需的数据和当前业务类型对应的预读大小确定预读大小，抛弃中间和/或结尾部分读命中的数据，从首次读不命中的地方开始预读。

所述方法还包括步骤：

读操作过程中，定时启动监控机制，控制预读操作的停止/启动，及动态修改预读数据大小。

所述控制预读操作的停止/启动的步骤具体为：

检测预读的数据量，与预先设定的预读门限值比较，当所述预读的数据量大于规定的预读门限值时，停止预读，在预读数据量小于预读门限值时启动预读，并记录该停止预读事件。

所述动态修改预读数据大小的步骤具体包括为：

根据记录的停止预读事件，统计规定时间内停止预读的次数，当超过停止次数门限值时，则动态缩小预读数据大小。

所述动态缩小预读数据大小的步骤具体为：

将当前设定的预读数据大小除以固定数值。

所述动态修改预读数据大小的方法包括：

定时统计规定时间内连续读不命中次数，当超过所述预先设定的读不命中门限值时，动态扩大预读数据大小。

所述动态扩大预读数据大小的方法包括：

将当前设定的预读数据大小扩大一个固定倍数。

一种高速存储器预读装置，包括预读模块和预读信息存储模块；

所述预读模块，用于根据预读信息存储模块中预先设定的预读信息执行预读操作；

预读信息存储模块，用于存储针对不同业务类型预先设定的预读信息，作为预读模块执行预读操作时选定预读数据大小的依据。

所述装置进一步包括：

预读动态控制模块，用于判断预读数据是否超过预读门限值，从而控制预读操作的停止与启动。

所述装置进一步包括：

监控模块，用于监控读操作状态，根据所述读操作状态判断是否需要调整当前预读数据的大小，并发送指示给预读调整模块；

预读调整模块，用于接收监控模块发送的调整指示，根据所述指示调整预读数据的大小。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明针对每种特定的应用设定最优的预读数据大小，实现起来比较简单，每次获取预读数据大小时，不需复杂的计算或额外存储空间，只需要查询预设预读数值即可，并且可以动态调整预读数据大小，适用于任何读取模式，提高了整个系统读性能。

附图说明

图1为现有技术Cache在存储子系统中的位置示意图；

图2为本发明所述装置一种实施例模块示意图；

图3为本发明所述方法一种实施例操作流程图；

图4为本发明部分读不命中示意图；

图5为本发明所述方法停止预读一种实施例流程图。

具体实施方式

本发明的核心思想是提供一种高速存储器预读方法及装置，针对各种不同的数据访问模式，预先设定相应的预读信息，根据预先设定的预读信息进行预读操作，并动态调整预读数据大小，提高了Cache读命中率及读Cache操作效率。

Cache预读操作主要是在读Cache时，根据当前读请求，对Cache进行预读，将下一个读命令所需的数据提前预读到Cache中，以此提高Cache的读性能及读效率。

本发明提供一种高速存储器预读装置，所述装置的一个实施例的模块示意图如图2所示，包括：预读信息存储模块和预读模块。

所述预读信息存储模块，用于存储预先设定的预读信息，其可以采用预读规则表的形式存储所述预读信息。所述预读信息包括：各Cache空间划分的区间信息、各业务对应的预读数据大小信息、预读起始地址信息、预读门限值、停止次数门限值、读不命中门限值。

所述区间信息包括各Cache空间划分的不同区间情况，如针对各种不同业务将各Cache空间划分为不同区间，例如，区间1对应事务型应用，区间2对应音频流媒体，区间3对应视频流媒体，每个区间都设置有不同的预读数据大小。

所述各种业务对应的预读数据大小的信息，可以设置为：事务型的应用预读数据大小为0，即取消预读；音频流媒体应用将预读数据大小设为一个较小值，如4k字节；而视频流媒体应用将预读数据大小设为一个较大值，如64k字节。

所述预读起始地址信息，用于规定预读操作的起始地址，如，规定预读起始地址为与上一条预读结尾部分相邻的位置。

所述预读门限值，用于限定预读数据的最大值，作为预读动态控制模块判断是否停止预读的依据；

所述停止次数门限值，用于限定规定时间内停止预读次数的最大值，作为监控模块判断是否需要缩小预读数据大小的依据；

所述读不命中门限值，用于限定规定时间内读不命中次数的最大值，作为监控模块判断是否需要扩大预读数据大小的依据。

所述预读模块，用于根据预读信息存储模块中预先设定的预读信息执行预读操作，根据预读动态控制模块的指示停止/启动预读操作。

所述高速存储器预读装置还包括预读动态控制模块；

所述预读动态控制模块，用于根据预读门限值控制预读操作的停止与启动，实时判断预读的数据量是否超过所述预读门限值，当超过预读门限值时停止预读；在停止预读状态下，当预读的数据量小于预读门限值时启动预读。

所述高速存储器预读装置还可以包括监控模块和预读调整模块；

所述监控模块，其定时启动，用于监控读操作状态，包括判断特定时间间隔内停止预读次数是否超过停止次数门限值及判断特定时间间隔内读不命中次数是否超过读不命中门限值。根据所述读操作状态判断是否需要调整当前预读数据大小，从而发送相应调整参数指示给预读调整模块。

所述预读调整模块，用于接收监控模块的调整指示，根据所述指示扩大或缩小预读数据大小。所述缩小预读数据大小的操作可以采用将当前设定的预读数据大小值除以一个固定值，如除以2，也就是将当前的预读数据大小值减半；所述扩大预读数据大小的操作可以采用将当前设定的预读数据大小扩大为原预读数据大小的固定倍数，如扩大原预读数据大小的2倍。

本发明提供一种高速存储器预读方法，其一种实施例操作流程如图3所示，包括如下步骤：

步骤1：针对各种不同的业务将Cache空间划分为不同的区间，并根据业务类型的不同预先设定相应的预读数据大小、预读起始地址及各种门限值；

例如，将Cache空间按照业务类型的不同，划分为多个区间，比如：区间1对应事务型应用，区间2对应音频流媒体，区间3对应视频流媒体，每个区间都具有不同的预读数据大小，可以采用预读规则表的形式存储所述信息。

预读规则表中划分的区间信息可如下表示：

划分给事务型应用的存储空间

划分给音频流媒体的存储空间

划分给视频流媒体的存储空间

其它的存储空间

针对每种业务预先设定相应的预读数据大小存储在预读规则表中，如设置：事务型的应用预读数据大小为0，即取消预读；音频流媒体应用将预读数据大小设为一个较小值，如4k字节；而视频流媒体应用将预读数据大小设为一个较大值，如64k字节。

所述针对各种业务设定的门限值包括：预读门限值、停止次数门限值、读不命中门限值；

步骤2：执行读Cache操作，判断所述读操作是否读命中，读Cache时存在读命中和读不命中两种情况，如果读不命中，执行步骤3，否则执行步骤4；

步骤3：根据当前读不命中后所需的数据和当前业务类型对照所述预读规则表确定预读数据大小进行预读；

由于每个区间对应特定的业务类型，因而，首先根据当前读操作所在的区间确定该读操作的业务类型，再根据所述业务类型对照预读规则表，查找对应的预读数据大小，再结合当前读不命中请求所需的数据，最终确定预读数据大小。例如：假设读命令在区间号为1的区间，读操作起始地址1024，要读的长度为2048，假设区间1对应的预读长度为2048字节，且在Cache中只有1024字节读命中，还剩下1024字节没有读命中，则预读的长度是：1024(没有读命中的)+2048(预先设定的预读数据大小)＝3076字节；

所述读不命中包括完全读不命中和部分读不命中。其中部分读不命中包括：开始部分读命中、结尾部分读命中、和/或中间部分读命中等等，如图4所示。根据磁盘读操作特性，为了简化处理，当出现部分读不命中时，将中间和/或结尾已经读命中的数据抛弃，即，将从首次读不命中的地方开始直到读命令结束视为读不命中，重新从首次读不命中的地方开始预读。

步骤4：根据当前业务类型对照所述预读规则表确定预读数据大小进行预读，并动态控制预读操作的启动/停止；

在执行预读操作前，首先判断是否需要停止预读操作，以避免Cache空间浪费；

为了避免预读操作过多或无效的预读，当预读的数据远超过读请求的数据量时，停止预读操作，以避免Cache空间浪费；读操作过程中实时检测预读的数据量，与预先设定的预读门限值比较，当所述预读的数据量大于规定的预读门限值时，停止预读，该停止预读的过程如图5所示。直到预读的数据量小于预读门限值时再启动预读操作。

在读命中情况下进行预读时，首先从获取起始位置信息，确定预读的位置。一般选择与上一条预读命令相邻位置开始预读，可以提高预数据的命中率，而且减少磁盘的定位时间。

在确定预读数据大小时，首先根据预读规则表中预先设定的预读数据大小进行预读。

所述高速存储器预读方法还可以包括以下步骤：

定时启动监控模块，进行监控统计，判断是否需要修改预读数据的大小，若需要修改，则动态修改预读数据大小；

在前文所述操作的过程中对读操作状态进行实时监控、动态调整的过程一种实施例如下描述：

读操作过程中定时启动监控机制，对各参数进行监控统计，包括：统计特定时间间隔内停止预读次数是否超过规定门限值及统计特定时间间隔内连续读不命中次数是否超过规定门限值等。根据所述统计结果判断是否需要修改预读数据大小，若需要修改，则通知预读调整模块修改预读数据大小。

所述统计操作具体包括：

统计特定时间间隔内停止预读次数，与预先设定的相应停止次数门限值比较，当所述规定时间内的停止预读次数超过规定门限值时，表明预读数据大小设定的过大，需要缩小预读数据大小；

统计特定时间间隔内连续读不命中次数，与预先设定的读不命中门限值比较，当连续读不命中次数超过读不命中门限值时，则表明预读数据大小过小，需要扩大预读数据大小；

所述需要调整的通知通过不同的指示信号发送到预读调整模块。

预读调整模块根据所述监控模块发送的调整通知来调整预读数据大小，包括：预读调整模块接收到监控模块的指示信号后，调整预读规则表中设定的预读数据大小，例如：当需要缩小预读数据大小时，将当前设定的预读数据大小值除以一个数值，如除以2，实现当前的预读数据大小值减半；当需要扩大预读数据大小时，将当前设定的预读数据大小扩大为原预读数据大小的一定倍数，如扩大2倍。实现了根据实际情况动态调整预读数据大小。

综上所述，本发明针对每种特定的业务设定最优的预读数据大小，而且实现起来比较简单，每次获取预读数据大小时，不需复杂的计算或额外存储空间，只需要查询预设预读数值即可，并且可以动态调整预读数据大小，适用于任何读取模式，提高了整个系统读性能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1、一种高速存储器预读方法，其特征在于，包括步骤：

在读操作时，根据当前业务类型对照预先设定的预读信息确定当前预读数据的大小；

根据确定的预读数据大小进行预读操作。

2、如权利要求1所述的一种高速存储器预读方法，其特征在于，所述预先设定的预读信息包括：高速存储器划分的区间信息、预读起始地址信息、预读门限值、停止次数门限值、读不命中门限值。

3、如权利要求1或2所述的一种高速存储器预读方法，其特征在于，所述根据确定的预读数据大小进行预读操作的步骤具体包括步骤：

A、执行读Cache操作，判断所述读操作是否读命中，如果读命中，执行步骤B，否则执行步骤C；

B、根据当前业务类型对照预先设定的预读信息确定的预读数据大小，选择与前一次预读结尾位置相邻的位置开始预读操作；

C、根据读不命中后所需的数据和当前业务类型对应的预读大小确定预读大小，抛弃中间和/或结尾部分读命中的数据，从首次读不命中的地方开始预读。

4、如权利要求2所述的一种高速存储器预读方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：

读操作过程中，定时启动监控机制，控制预读操作的停止/启动，及动态修改预读数据大小。

5、如权利要求4所述的一种高速存储器预读方法，其特征在于，所述控制预读操作的停止/启动的步骤具体为：

检测预读的数据量，与预先设定的预读门限值比较，当所述预读的数据量大于规定的预读门限值时，停止预读，在预读数据量小于预读门限值时启动预读，并记录该停止预读事件。

6、如权利要求5所述的一种高速存储器预读方法，其特征在于，所述动态修改预读数据大小的步骤具体包括为：

根据记录的停止预读事件，统计规定时间内停止预读的次数，当超过停止次数门限值时，则动态缩小预读数据大小。

7、如权利要求6所述的一种高速存储器预读方法，其特征在于，所述动态缩小预读数据大小的步骤具体为：

将当前设定的预读数据大小除以固定数值。

8、如权利要求4所述的一种高速存储器预读方法，其特征在于，所述动态修改预读数据大小的方法包括：

定时统计规定时间内连续读不命中次数，当超过所述预先设定的读不命中门限值时，动态扩大预读数据大小。

9、如权利要求8所述的一种高速存储器预读方法，其特征在于，所述动态扩大预读数据大小的方法包括：

将当前设定的预读数据大小扩大一个固定倍数。

10、一种高速存储器预读装置，其特征在于，包括预读模块和预读信息存储模块；

所述预读模块，用于根据预读信息存储模块中预先设定的预读信息执行预读操作；

预读信息存储模块，用于存储针对不同业务类型预先设定的预读信息，作为预读模块执行预读操作时选定预读数据大小的依据。

11、如权利要求10所述的一种高速存储器预读装置，其特征在于，所述装置进一步包括：

预读动态控制模块，用于判断预读数据是否超过预读门限值，从而控制预读操作的停止与启动。

12、如权利要求10所述的一种高速存储器预读装置，其特征在于，所述装置进一步包括：

监控模块，用于监控读操作状态，根据所述读操作状态判断是否需要调整当前预读数据的大小，并发送指示给预读调整模块；

预读调整模块，用于接收监控模块发送的调整指示，根据所述指示调整预读数据的大小。

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