TW201519086A - 循序存取偵測系統及方法 - Google Patents

Abstract

一種循序存取偵測系統及方法，其包括：當儲存型快閃記憶體磁片NAND flash端收到某個存取文檔的一個存取單元時，判斷該存取單元是否為連續存取文檔的一部分；當該存取單元為連續存取文檔的一部分時，將該存取文檔所對應的循序存取標記標識為是循序存取任務的標記。本發明可以減少NAND flash的磁區的寫入次數，便可節省大量的逐筆統計所需的時間和空間。

Description

循序存取偵測系統及方法

本發明涉及資料存取技術領域，尤其涉及一種循序存取偵測系統及方法。

在電腦系統上，磁片IO的管理是關乎系統效能的關鍵。而在新興的儲存型快閃記憶體磁片（NAND flash disk）上，由於其高速的讀寫速度,可為電腦系統效能帶來顯著提升，故已開始被資料庫系統所重視。然而NAND flash對於隨機存取的讀寫效率雖遠高於磁片，但其連續存取的讀取效率則可被多顆硬碟的獨立冗餘磁碟陣列（Redundant Array of Independent Disk，RAID）系統追平。為了保存NAND flash珍貴的寫入次數限制，進而提高其使用年限，降低建置成本，目前已經有演算法可以透過記錄磁片存取的行為次數中看出該存取是不是為連續存取。若該存取是連續存取，則不予寫入NAND flash。此法可藉由記錄每一筆進入的磁區編號(sector number)，進而得知該存取是不是為連續性的存取或是隨機性存取，此方法被稱之為“循序存取偵測法”(sequential I/O detection)。

然而，目前的循序存取偵測法是主要使用最近引用串列記憶體塊LRU(Least Recently Used)中的LRU列表（LRU串列），LRU列表的特性是最近被參考到的元素會排在LRU列表的最前面，而越久沒被用到的元素則會排在越後面。而當LRU列表空間不足以容納新資料時，則將LRU列表的尾端的元素刪除，並將新資料插入到LRU列表中，再將該新數據移至LRU列表的最前端。如此可以達到不需使用計數器的情況下就能知道LRU列表中各個元素被參考的頻繁度。但是此LRU列表的搜尋方法為循序搜尋，所以在最差的狀況下，有可能從LRU列表的最頭端搜尋到最尾端，因而造成了搜尋效率很低。

鑒於以上內容，有必要提供一種循序存取偵測系統及方法，其可以減少NAND flash的磁區的寫入次數，便可節省大量的逐筆統計所需的時間和空間。

一種循序存取偵測系統，該系統包括：判斷模組，用於當儲存型快閃記憶體磁片NAND flash端收到某個存取文檔的一個存取單元時，判斷所述存取單元所對應的存取文檔是否為連續存取文檔；標識模組，用於當所述存取單元所對應的存取文檔是連續存取文檔時，將該存取文檔所對應的循序存取標記標識為是循序存取任務的標記。

一種循序存取偵測方法，該方法包括：判斷步驟，當儲存型快閃記憶體磁片NAND flash端收到某個存取文檔的一個存取單元時，判斷所述存取單元所對應的存取文檔是否為連續存取文檔；標識步驟一，當所述存取單元所對應的存取文檔是連續存取文檔時，將該存取文檔所對應的循序存取標記標識為是循序存取任務的標記。

相較於習知技術，本發明循序存取偵測系統及方法，透過採用二叉查找樹及LRU列表的方法來建立列表中每個結點間的聯繫，這樣列表具有二叉查找樹及LRU列表兩種資料結構，故不需要以指標等方式再去進行搜尋列表中各個結點的連結，因此結點間可快速的互相參照，提高了搜尋效率，減少NAND flash的磁區的寫入次數，便可節省大量的逐筆統計所需的時間。

圖1是本發明循序存取偵測系統的應用環境圖。

圖2是本發明循序存取偵測系統的較佳實施例的模組圖。

圖3及圖4是本發明循序存取偵測方法的較佳實施例的流程圖。

圖5是列表的二叉查找樹資料結構示意圖。

圖6是重排後的二叉查找樹資料結構示意圖。

如圖1所示，是本發明循序存取偵測系統的應用環境示意圖。在本實施例中，該循序存取偵測系統20（以下簡稱“系統20”）運行於一個電子裝置2中來偵測要存取的存取單元所對應的存取文檔是否為連續存取文檔（即連續IO文檔）。所述電子裝置2還包括透過信號線和資料線相連的儲存設備21、顯示設備22、處理器23。可以理解，所述電子裝置2還應該進一步包括其他必要的元件，如電池等。所述儲存設備21還包括儲存型快閃記憶體（NAND flash）210。

在存取文檔被存取前，該存取文檔先被分割成多個片段（即存取單元），再依次對這些存取單元編號。當要對某個存取文檔的存取單元存取時，該系統20會在最近引用串列記憶體塊LRU(Least Recently Used)的列表（以下簡稱“列表”）的每個結點中搜尋是否存在與該存取單元相連續的存取單元。所述列表的每個結點儲存著一個存取單元，該結點的數值為所儲存的存取單元的編號。每個結點對應一個累加連續存取次數，當累加連續存取次數高於預設值時，即該結點所儲存的存取單元所對應的存取文檔即為連續存取文檔，然後將該存取文件所對應的循序存取標記標識為是循序存取任務的標記，該循序存取標記用於標識該存取文檔的存取是否為循序存取。

所述列表具有LRU列表（LRU串列）資料結構及二叉查找樹（binary search tree）資料結構的特點。LRU列表資料結構的特點是指最近被參考到的結點會排在LRU列表資料結構的最前面，而越久沒被用到的結點則會排在越後面。二叉查找樹資料結構具有下列特點：（1）若某個結點的左子樹不空，則左子樹上所有結點的數值均小於該結點的數值；（2）若該結點的右子樹不空，則右子樹上所有結點的數值均大於該結點的數值；（3）它的左、右子樹也分別為二叉排序樹。由於所述列表具有這兩種資料結構，每個結點間是相互聯繫的，因此每一個結點的資料結構共用，故不需要以指標等方式再去搜尋各個結點的連結，可快速地互相參照。

所述電子裝置2可以是手機、電腦、平板電腦等電子裝置。

如圖2所示，是循序存取偵測系統20的較佳實施例的模組圖。在本實施例中，所述循序存取偵測系統20包括判斷模組200、查找模組201、記錄模組202、更新模組203、移動模組204、重排模組205、累加模組206、及標識模組207。本發明所稱的模組是指一種能夠被處理器23所執行並且能夠完成固定功能的一系列電腦程式段，其儲存在儲存設備21中。在本實施例中，關於各模組的功能將在圖3及圖4的流程圖中具體描述。

如圖3及圖4所示，是本發明循序存取偵測方法中標識存取文檔的流程圖。根據不同的需求，該流程圖中步驟的順序可以改變，某些步驟可以省略。

步驟S10，當NAND flash端收到某個存取文檔的一個存取單元時，判斷模組200根據所述列表的結點中是否存在與所述存取單元編號相鄰的存取單元來判斷所述列表中是否存在與所述存取單元相連續的存取單元。

當所述列表的結點中存在與所述存取單元編號相鄰的存取單元時，即所述列表的結點中存在與該存取單元相連續的存取單元，執行步驟S17；當所述列表中不存在與所述存取單元編號相鄰的存取單元時，即所述列表中不存在與所述存取單元相連續的存取單元，執行步驟S11。例如，要對編號為1000的存取單元進行存取，即會去所述列表中搜尋是否存在編號為999的存取單元。若存在，則表示編號為1000的存取單元與編號為999的存取單元相連續，若不存在，則表示所述列表中不存在與編號為1000的存取單元相連續的存取單元。

步驟S11，查找模組201先根據所述列表的LRU列表資料結構查找將要儲存所述存取單元的結點，將該結點記為第二結點，及在所述列表中查找數值與所述存取單元的編號相同的結點，將該結點記為第三結點。

在本實施例中，當所述列表中不是全部的結點都已經被用於儲存存取單元時，則儲存所述存取單元的結點可以是所述列表中的任何一個數值為空的結點。

當所述列表中所有結點全部已經被用於儲存存取單元時，則查找模組201根據所述列表所具有的LRU列表資料結構的特點，找出排在LRU列表資料結構中最後面的結點（即很久沒有被參考到的存取單元），則該最後面的結點將用於儲存所述存取單元。

步驟S12，記錄模組202記錄第三結點所對應的累加連續存取次數。

在本實施例中，當查找模組201沒有查找到所述第三結點時，記錄模組202將第三結點所對應的累加連續存取次數記錄為0，便於後續計算第二結點所對應的累加連續存取次數。

步驟S13，更新模組203將所述第二結點的編號更新為所述存取單元的編號。

步驟S14，移動模組204移動所述第二結點在所述列表的LRU列表資料結構中的位置使第二結點排在LRU列表資料結構的最前面，這樣就可以很容易地知道第二結點所儲存的存取單元是最近被存取的。

步驟S15，重排模組205根據二叉查找樹的特點及所述第二結點的數值重排所述列表的二叉查找樹資料結構。

在本實施例中，當所述第二結點不是由排在LRU列表資料結構中最後面的結點所得到時，重排模組205直接將根據二叉查找樹的特點及所述第二結點的數值在所述列表的二叉查找樹資料結構中查找第二結點要插入的位置，然後將第二結點插入到所述列表的二叉查找樹資料結構中。

當所述第二結點是由排在LRU列表資料結構中最後面的結點所得到時，在步驟S13中已經將所述最後的結點的數值更新為所述存取單元的編號，就可能會破壞所述列表的二叉查找樹資料結構，重排模組205就需要對所述列表的二叉查找樹資料結構進行重排。

而且當所述列表中存在第三結點時也會破壞列表的二叉查找樹資料結構，重排模組205就需要先刪除列表中的第三結點，然後再對所述列表的二叉查找樹資料結構進行重排。

若沒有破壞列表的二叉查找樹資料結構，重排模組205不會對所述列表的二叉查找樹資料結構進行調整。

例如若當前所述列表中所有結點的數值分別為255、372、445、656，該列表的二叉查找樹資料結構如圖5所示，若第二結點為數值445的結點，要把第二結點的數值更新為700，那麼第二結點的右子樹上的結點的數值656就會小於700，這樣就會破壞當前列表的二叉查找樹資料結構，重排模組205就會將數值為700的結點變為數值為656的結點的右子樹，數值為656的結點為根結點，更新後的列表的二叉查找樹資料結構如圖6所示。

步驟S16，累加模組206將所述存取單元的存取的一次次數及所記錄的第三結點所對應的累加連續存取次數進行累加以計算更新後的第二結點的累加連續存取次數，然後繼續執行步驟S23。

在本實施例中，所更新後的第二結點所對應的累加連續存取次數等於所記錄的第三結點所對應的累加連續存取次數，然後再加一。

步驟S17，當所述列表中存在與所述存取單元相連續的存取單元時，將與所述存取單元相連續的存取單元在所述列表中所在結點記為第一結點，且查找模組201在所述列表中查找數值與所述存取單元的編號相同的結點，將該結點記為第四結點。

步驟S18，記錄模組202記錄所述第一結點及所述第四結點所對應的累加連續存取次數。

在本實施例中，當查找模組201沒有查找到所述第四結點時，記錄模組202將第四結點所對應的累加連續存取次數記錄為0，便於後續計算第一結點所對應的累加連續存取次數。

步驟S19，更新模組203將所述第一結點的數值更新為所述存取單元的編號。

步驟S20，移動模組204移動所述第一結點在所述列表的LRU列表資料結構中的位置使第一結點排在所述列表的LRU列表資料結構的最前面。

步驟S21，重排模組205根據二叉查找樹的特點及所更新後的第一結點的數值重排所述列表的二叉查找樹資料結構。

當第一結點的數值更新為所述存取單元的編號後，就可能會破壞列表的二叉查找樹資料結構。重排模組205就需要對所述列表的二叉查找樹資料結構進行重排。

而且當所述列表中存在第四結點時也會破壞列表的二叉查找樹資料結構，重排模組205就需要先刪除所述列表中的第四結點，然後再對所述列表的二叉查找樹資料結構進行重排。若沒有破壞所述列表的二叉查找樹資料結構，重排模組205不會對所述列表的二叉查找樹資料結構進行調整。

步驟S22，累加模組206將所述存取單元的存取的一次次數及所記錄的第四結點所對應的累加連續存取次數累加到所記錄的第一結點所對應的累加連續存取次數上以更新第一結點所對應的累加連續存取次數。

在本實施例中，所更新的第一結點所對應的累加連續存取次數等於所記錄的第一結點所對應的累加連續存取次數加上所記錄的第三結點所對應的累加連續存取次數，然後再加一。

例如，對某個存取文檔編號為700的存取單元進行存取。若在重排列表的二叉查找樹資料結構之前，列表中存在編號為699的存取單元，編號為699的存取單元所對應的累加連續存取次數為10，同時也存在編號為700的存取單元，編號為700的存取單元所對應的累加連續存取次數為20，則累加後的編號為700的存取單元所對應的累加連續存取次數為（10+20+1）。

步驟S23，判斷模組200根據所更新的第一結點或者所更新的第二結點所對應的累加連續存取次數是否高於預設值來判斷所述存取單元所對應的存取文檔是否為連續存取文檔。

所述第一結點或者第二結點所對應的累加連續存取次數高於預設值時，則所述存取單元所對應的存取文檔是連續存取文檔，執行步驟S25；所述第一結點或者第二結點所對應的累加連續存取次數都不高於預設值時，則所述存取單元所對應的存取文檔不是連續存取文檔，執行步驟S24。

步驟S24，標識模組207將該存取文檔所對應的循序存取標記標識為不是循序存取任務的標記以使該存取文檔寫入NAND flash中，該流程結束。

在本實施例中，當所述存取單元所對應的存取文檔不是連續存取文檔時，所述存取文檔所對應的循序存取標記也可以被標識為空。

步驟S25，標識模組207將該存取文檔所對應的循序存取標記標識為是循序存取任務的標記，該流程結束。

本發明循序存取偵測系統及方法，透過採用二叉查找樹及LRU列表資料結構的方法來建立列表中每個結點間的聯繫，這樣列表具有二叉查找樹及LRU列表兩種資料結構，故不需要以指標等方式再去進行搜尋列表中各個結點的連結，因此結點間可快速的互相參照，提高了搜尋效率，減少NAND flash的磁區的寫入次數，便可節省大量的逐筆統計所需的時間。

最後應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。

2‧‧‧電子裝置

20‧‧‧循序存取偵測系統

21‧‧‧儲存設備

210‧‧‧NAND flash

22‧‧‧顯示設備

23‧‧‧處理器

200‧‧‧判斷模組

201‧‧‧查找模組

202‧‧‧記錄模組

203‧‧‧更新模組

204‧‧‧移動模組

205‧‧‧重排模組

206‧‧‧累加模組

207‧‧‧標識模組

無

20‧‧‧循序存取偵測系統

200‧‧‧判斷模組

201‧‧‧查找模組

202‧‧‧記錄模組

203‧‧‧更新模組

204‧‧‧移動模組

205‧‧‧重排模組

206‧‧‧累加模組

207‧‧‧標識模組

Claims (18)

1. 一種循序存取偵測系統，該系統包括：
   判斷模組，用於當儲存型快閃記憶體磁片NAND flash端收到某個存取文檔的一個存取單元時，判斷所述存取單元所對應的存取文檔是否為連續存取文檔；
   標識模組，用於當所述存取單元所對應的存取文檔是連續存取文檔時，將該存取文檔所對應的循序存取標記標識為是循序存取任務的標記。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之循序存取偵測系統，所述標識模組，還用於當所述存取單元所對應的存取文檔不是連續存取文檔時，將該存取文檔所對應的循序存取標記標識為是不循序存取任務的標記。
3. 根據申請專利範圍第1項所述之循序存取偵測系統，該系統還包括：
   查找模組，用於當最近引用串列記憶體塊LRU的列表的所有結點中不存在與所述存取單元相連續的存取單元時，先根據所述列表的LRU列表資料結構查找將要儲存所述存取單元的結點，該結點記為第二結點，及在所述列表中查找數值與所述存取單元的編號相同的結點，將該結點記為第三結點；
   記錄模組，用於記錄第三結點所對應的累加連續存取次數；
   更新模組，用於將所述第二結點的數值更新為所述存取單元的編號；
   移動模組，用於移動所述第二結點在所述列表的LRU列表資料結構中的位置使第二結點排在所述列表的LRU列表資料結構的最前面；
   重排模組，用於根據二叉查找樹的特點及所述第二結點的數值重排所述列表的二叉查找樹資料結構；
   累加模組，用於將所述存取單元的存取的一次次數及所記錄的第三結點所對應的累加連續存取次數進行累加計算更新後的第二結點所對應的累加連續存取次數。
4. 根據申請專利範圍第3項所述之循序存取偵測系統，記錄模組還用於，當在所述列表中沒有查找到數值與所述存取單元的編號相同的結點時，記錄第三結點所對應的累加連續存取次數為0。
5. 根據申請專利範圍第3項所述之循序存取偵測系統，所述重排模組，還用於當所述列表中存在第三結點時，先刪除所述第三結點，再重排所述列表的二叉查找樹資料結構。
6. 根據申請專利範圍第3項所述之循序存取偵測系統，該系統還包括：
   所述查找模組，還用於當LRU的列表中存在與所述存取單元相連續的存取單元時，將與所述存取單元相連續的存取單元在所述列表中所在結點記為第一結點，並在所述列表中查找數值與所述存取單元的編號相同的結點，將該結點記為第四結點；
   所述記錄模組，還用於記錄所述第一結點及所述第四結點所對應的累加連續存取次數；
   所述更新模組，還用於將所述第一結點的數值更新為所述存取單元的編號；
   所述移動模組，還用於移動所述第一結點在所述列表的LRU列表資料結構中的位置使第一結點排在所述列表的LRU列表資料結構的最前面；
   所述重排模組，還用於根據二叉查找樹的特點及所更新後的第一結點的數值重排所述列表的二叉查找樹資料結構；
   所述累加模組，還用於將所述存取單元的存取的一次次數及所記錄的第四結點所對應的累加連續存取次數累加到所記錄的第一結點所對應的累加連續存取次數上以更新第一結點所對應的累加連續存取次數。
7. 根據申請專利範圍第6項所述之循序存取偵測系統，所述記錄模組，還用於當在所述列表中沒有查找到數值與所述存取單元的編號相同的結點時，記錄第四結點的累加連續存取次數為0。
8. 根據申請專利範圍第6項所述之循序存取偵測系統，所述重排模組，還用於當所述列表中存在第四結點時，先刪除所述第四結點，再重排所述列表的二叉查找樹資料結構。
9. 根據申請專利範圍第3或6項所述之循序存取偵測系統，所述判斷模組根據所更新的第一結點或者所更新的第二結點所對應的累加連續存取次數是否高於預設值來判斷所述存取單元所對應的存取文檔是否為連續存取文檔。
10. 一種循序存取偵測方法，該方法包括：
    判斷步驟，當儲存型快閃記憶體磁片NAND flash端收到某個存取文檔的一個存取單元時，判斷所述存取單元所對應的存取文檔是否為連續存取文檔；
    標識步驟一，當所述存取單元所對應的存取文檔是連續存取文檔時，將該存取文檔所對應的循序存取標記標識為是循序存取任務的標記。
11. 根據申請專利範圍第10項所述之循序存取偵測方法，該方法還包括：
    標識步驟二，當所述存取單元所對應的存取文檔不是連續存取文檔時，將該存取文檔所對應的循序存取標記標識為是不循序存取任務的標記。
12. 根據申請專利範圍第10項所述之循序存取偵測方法，該方法還包括：
    查找步驟一，當最近引用串列記憶體塊LRU的列表的所有結點中不存在與所述存取單元相連續的存取單元時，先根據所述列表的LRU列表資料結構查找將要儲存所述存取單元的結點，該結點記為第二結點，及在所述列表中查找數值與所述存取單元的編號相同的結點，將該結點記為第三結點；
    記錄步驟一，記錄第三結點所對應的累加連續存取次數；
    更新步驟一，將所述第二結點的數值更新為所述存取單元的編號；
    移動步驟一，移動所述第二結點在所述列表的LRU列表資料結構中的位置使第二結點排在所述列表的LRU列表資料結構的最前面；
    重排步驟一，根據二叉查找樹的特點及所述第二結點的數值重排所述列表的二叉查找樹資料結構；
    累加步驟一，將所述存取單元的存取的一次次數及所記錄的第三結點所對應的累加連續存取次數進行累加計算更新後的第二結點所對應的累加連續存取次數。
13. 根據申請專利範圍第12項所述之循序存取偵測方法，在所述記錄步驟一中，當在所述列表中沒有查找到數值與所述存取單元的編號相同的結點時，記錄第三結點所對應的累加連續存取次數為0。
14. 根據申請專利範圍第12項所述之循序存取偵測方法，所述重排步驟一中，當所述列表中存在第三結點時，先刪除所述第三結點，再重排所述列表的二叉查找樹資料結構。
15. 根據申請專利範圍第10項所述之循序存取偵測方法，該方法還包括：
    查找步驟二，當LRU的列表中存在與所述存取單元相連續的存取單元時，將與所述存取單元相連續的存取單元在所述列表中所在結點記為第一結點，並在所述列表中查找數值與所述存取單元的編號相同的結點，將該結點記為第四結點；
    記錄步驟二，記錄所述第一結點及所述第四結點所對應的累加連續存取次數；
    更新步驟二，將所述第一結點的數值更新為所述存取單元的編號；
    移動步驟二，移動所述第一結點在所述列表的LRU列表資料結構中的位置使第一結點排在所述列表的LRU列表資料結構的最前面；
    重排步驟二，根據二叉查找樹的特點及所更新後的第一結點的數值重排所述列表的二叉查找樹資料結構；
    累加步驟二，將所述存取單元的存取的一次次數及所記錄的第四結點所對應的累加連續存取次數累加到所記錄的第一結點所對應的累加連續存取次數上以更新第一結點所對應的累加連續存取次數。
16. 根據申請專利範圍第15項所述之循序存取偵測方法，在所述記錄步驟二中，當在所述列表中沒有查找到數值與所述存取單元的編號相同的結點時，記錄第四結點的累加連續存取次數為0。
17. 根據申請專利範圍第15項所述之循序存取偵測方法，在所述重排步驟二中，當所述列表中存在第四結點時，先刪除所述第四結點，再重排所述列表的二叉查找樹資料結構。
18. 根據申請專利範圍第12或15項所述之循序存取偵測方法，在所述判斷步驟中根據所更新的第一結點或者所更新的第二結點所對應的累加連續存取次數是否高於預設值來判斷所述存取單元所對應的存取文檔是否為連續存取文檔。