WO2014094306A1

WO2014094306A1 - 一种Cache工作模式的设置方法和装置

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Publication number: WO2014094306A1
Application number: PCT/CN2012/087183
Authority: WO
Inventors: 刘保红
Original assignee: 华为技术有限公司
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2014-06-26
Also published as: CN104321754A; CN104321754B

Abstract

本发明适用于计算机技术领域，提供了一种Cache工作模式的设置方法和装置，所述方法包括：获取上层业务应用的IO特征；从最佳模式数据库中査找到与所述IO特征匹配的最佳Cache工作模式配置信息；根据所述最佳Cache工作模式配置信息进行Cache工作模式的设置。本发明，当获取到当前业务应用的IO特征后，根据IO特征査找最佳模式数据库，从中找到与IO特征对应的最佳Cache工作模式配置信息，根据所述最佳Cache工作模式配置信息进行Cache工作模式的设置，无需人工干预，实现了Cache工作模式的智能自动适配，提升了Cache工作模式设置的实时性及可维护性。

Description

一种 Cache 工作模式的设置方法和装置

技术领域

本发明属于计算机技术领域，尤其涉及一种 Cache 工作模式的设置方法和装置。

背景技术

随着技术的发展，处理器性能提升的速度远高于机械硬盘（ Hard Disk Drive ，简称 HDD ）性能的提升速度，导致机械硬盘 HDD 的性能已经成为系统性能的瓶颈，固态硬盘（ Solid State Disk ，简称 SSD ）相对 HDD 性能提升 10 倍以上，正好有效填充系统内存与 HDD 之间的输入输出（ Input/Output ，简称 IO ）空缺，但是 SSD 的成本又非常高，因此业界普遍将 SSD 作为 HDD 的加速缓存（ Cache ），处理系统中的少量的热点数据，来达到使用 SSD 带来的性能提升与成本增加的平衡。如果 Cache 加速做得好的话，可以通过配置少量的 SSD 获得大幅的性能提升。如可以通过配置存储容量的 20% 左右的 SSD ，达到全配置 SSD 90% 以上的性能提升。因此 Cache 加速成为性能提升的关键。

Cache 加速给具体应用带来性能提升高低的一个主要因素是：结合具体应用 IO 特征，能够匹配 Cache 的最佳工作模式，以及 Cache 的最佳工作模式能够随着应用 IO 特征变化而动态调整。

现有技术提供的 Cache 工作模式设置方法为：提前分析，针对各种业务应用进行 Cache 性能加速测试，识别出与每种业务应用对应的 Cache 最佳工作模式配置信息，进行 Cache 工作模式配置时，用户在管理界面上手动设置 Cache 的工作模式，针对不同业务应用，用户需手动在管理界面上选择设置；当业务应用发生变化时，用户通过工具捕获业务应用的 IO 特征，之后在管理界面上重新设置 Cache 的工作模式，实现 Cache 工作模式随业务应用 IO 特征变化的调整。

现有的 Cache 工作模式（如缓存模式、预取算法以及脏数据刷新机制或算法等）设置方法存在以下问题：

1 ） Cache 的缓存模式需预先手动设置，缓存模式不能根据 IO 特征的变化智能动态调节；

2 ） Cache 的预取算法需预先手动设置，预取算法不能根据 IO 特征的变化智能动态调节；

3 ） Cache 的脏数据刷新算法需预先手动设置，脏数据刷新算法不能根据 IO 特征的变化智能动态调节；

4 ） Cache 的最佳工作模式是被动设置的，不能感知应用业务 IO 特征，同时当业务 IO 特征发生变化时，不能自动适配最佳的 Cache 工作模式，需人工干涉调整。

综上所述，现有技术提供的 Cache 工作模式的设置方法，需要人工对 Cache 的工作模式进行设置或者调整，实时性及可维护性差。

技术问题

本发明实施例提供了一种 Cache 工作模式的设置方法和装置，旨在解决现有技术提供的 Cache 工作模式设置方法，实时性及可维护性差的问题。

技术解决方案

第一方面，所述 Cache 工作模式的设置方法包括：

获取上层业务应用的 IO 特征；

从最佳模式数据库中查找到与所述 IO 特征匹配的最佳 Cache 工作模式配置信息；

根据所述最佳 Cache 工作模式配置信息进行 Cache 工作模式的设置。

在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述最佳模式数据库包括预先创建的最佳 Cache 工作模式配置信息与上层业务应用的 IO 特征之间的对应关系。

在第一方面的第二种可能的实现方式中，在所述根据所述最佳 Cache 工作模式配置信息进行 Cache 工作模式的设置之后，还包括：

监控所述 IO 特征是否变化；

如果是，则从所述最佳模式数据库中查找到与变化后的 IO 特征匹配的最佳 Cache 工作模式配置信息，再根据所述最佳 Cache 工作模式配置信息进行 Cache 工作模式的设置。

结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式或第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述 Cache 工作模式包括： Cache 开关、 Cache 缓存模式、 Cache 预取算法及脏数据刷新算法与策略。

第二方面，所述 Cache 工作模式的设置装置包括：

IO 特征单元，用于获取上层业务应用的 IO 特征；

匹配单元，用于从最佳模式数据库中查找到与所述 IO 特征匹配的最佳 Cache 工作模式配置信息；

设置单元，用于根据所述最佳 Cache 工作模式配置信息进行 Cache 工作模式的设置。

在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述最佳模式数据库包括预先创建的最佳 Cache 工作模式配置信息与上层业务应用的 IO 特征之间的对应关系。

在第二方面的第二种可能的实现方式中，所述装置还包括：

IO 特征监控单元，用于监控所述 IO 特征是否变化，如果是，则触发所述匹配单元和所述设置单元进行 Cache 工作模式的设置。

第三方面，所述 Cache 工作模式的设置装置包括：处理器与存储器，所述存储器用于存储可执行程序代码，其中，所述处理器通过读取所述存储器中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序，以用于：

获取上层业务应用的 IO 特征；

在第三方面的第一种可能的实现方式中，所述最佳模式数据库包括预先创建的最佳 Cache 工作模式配置信息与上层业务应用的 IO 特征之间的对应关系。

在第三方面的第二种可能的实现方式中，所述处理器还用于，监控所述 IO 特征是否变化，如果是，则从所述最佳模式数据库中查找到与所述 IO 特征匹配的最佳 Cache 工作模式配置信息，再根据所述最佳 Cache 工作模式配置信息进行 Cache 工作模式的设置。

有益效果

在本发明实施例中，预先建立针对各种 IO 特征的最佳模式数据库，当获取到当前业务应用的 IO 特征后，根据所述 IO 特征查找最佳模式数据库，从中找到与所述 IO 特征对应的最佳 Cache 工作模式配置信息，根据所述最佳 Cache 工作模式配置信息进行 Cache 工作模式的设置，无需人工干预，实现了 Cache 工作模式的智能自动适配，提升了 Cache 工作模式设置的实时性及可维护性。

附图说明

图 1 是本发明实施例一提供的 Cache 工作模式的设置方法的实现流程图；

图 2 是本发明实施例一提供的最佳模式数据库的示意图；

图 3 是本发明实施例二提供的 Cache 工作模式的设置方法的实现流程图；

图 4 是本发明实施例三提供的 Cache 工作模式的设置装置的结构框图；

图 5 是本发明实施例四提供的 Cache 工作模式的设置装置的结构框图。

本发明的实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明实施例中，预先建立针对各种 IO 特征的最佳模式数据库，当获取到当前业务应用的 IO 特征后，根据所述 IO 特征查找最佳模式数据库，从中找到与所述 IO 特征对应的最佳 Cache 工作模式配置信息，根据所述最佳 Cache 工作模式配置信息进行 Cache 工作模式的设置。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细描述：

实施例一

图 1 示出了本发明实施例一提供的 Cache 工作模式的设置方法的实现流程图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在步骤 S101 中，获取上层业务应用的 IO 特征。

在本发明实施例中，当针对具体上层业务应用加速时， Cache 工作模式的设置装置经过一段时间对上层业务应用的输入输出 (Input/Ou tput ， IO ）的统计分析与学习，识别出该上层业务应用的 IO 特征。需要说明的是，定期对上层业务应用的 IO 进行统计分析时，不关注具体业务应用是什么，也不关注业务应用发生怎么样的变化，重点关注业务应用的 IO 特征，其中，业务应用的 IO 特征包括大块连续、大块随机高读写比、大块随机低读写比、小块连续高读写比、小块连续低读写比、小块随机高读写比、小块随机低读写比等，在此不一一列举。

在步骤 S102 中，从最佳模式数据库中查找到与所述 IO 特征匹配的最佳 Cache 工作模式配置信息。

在本发明实施例中，所述数据库是预先建立的最佳 Cache 工作模式配置信息与上层业务应用的 IO 特征之间的对应表，可以通过人工建立，也可以通过测试工具建立好后植入 Cache 加速软件中。所述最佳模式数据库如图 2 所示，包括的字段有： IO 类型、 IO 特征、 Cache 开关、 Cache 缓存模式、 Cache 预存算法和脏数据刷新算法与策略。其中， IO 类型与 IO 特征一一对应， Cache 开关、 Cache 缓存模式、 Cache 预存算法和脏数据刷新算法与策略是与 IO 特征对应的用于设置最佳 Cache 工作模式配置信息的字段。例如， IO 特征为'小块连续低读写比'时，对应的最佳 Cache 工作模式配置信息为： Cache 开关为开， Cache 缓存模式为回写模式（ Write-back ， WB ）或直写模式（ Write-through ， WT ）、 Cache 预存算法为恒预取、脏数据刷新算法与策略为最不经常使用（ Least Frequently Used ， LFU ）或最近最少使用（ Least Recently Used ， LRU ）。

其中，需要说明的是，最佳模式数据库中和 IO 特征对应的最佳 Cache 工作模式配置信息，主要通过以下两种方式获取：

一是基于 Cache 历史最佳实践性能经验，结合上层业务应用的 IO 特征，归纳总结出各种 IO 特征对应的最佳 Cache 工作模式配置信息；

二是针对各种 IO 类型进行自动化枚举测试，通过连续自动测试各种 Cache 工作模式配置信息获取的性能测试结果数据，识别出各个 IO 特征对应的最佳 Cache 工作模式配置信息，避免每测试一种 Cache 工作模式配置信息人工记录一次。需要说明的是该种获取方式可以由人工获取，也可以在 Cache 加速软件的运行过程中自动获取。

在步骤 S103 中，根据所述最佳 Cache 工作模式配置信息进行 Cache 工作模式的设置。

在本发明实施例中，例如，当通过步骤 S101 获取到上层业务应用的 IO 特征为'大块随机高读写比'，需要对 Cache 的工作模式进行设置时， Cache 工作模式的设置装置自动查找预先建立的最佳 Cache 工作模式配置信息与上层业务应用的 IO 特征之间的对应表，根据对应表中的对应关系获取'大块随机高读写比'对应的最佳 Cache 工作模式配置信息，进而根据获取到的最佳 Cache 工作模式配置信息将 Cache 的工作模式设置为： Cache 开关为开， Cache 缓存模式为 WT 、 Cache 预存算法为按需取、脏数据刷新算法与策略为 LFU 。

其中， Cache 工作模式的设置装置可以是软件单元、硬件单元或者软硬件结合的单元。

本发明实施例，预先建立针对各种 IO 特征的最佳模式数据库，当获取到当前业务应用的 IO 特征后，根据所述 IO 特征查找最佳模式数据库，从中找到与所述 IO 特征对应的最佳 Cache 工作模式配置信息，根据所述最佳 Cache 工作模式配置信息进行 Cache 工作模式的设置，无需人工干预，实现了 Cache 工作模式的智能自动适配，提升了 Cache 工作模式设置的实时性及可维护性。

实施例二

图 3 示出了本发明实施例二提供的 Cache 工作模式的设置方法的实现流程图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在步骤 S 3 01 中，获取上层业务应用的 IO 特征。

在步骤 S302 中，从最佳模式数据库中查找到与所述 IO 特征匹配的最佳 Cache 工作模式配置信息。

在步骤 S303 中，根据所述最佳 Cache 工作模式进行 Cache 工作模式的设置。

在步骤 S304 中，监控所述 IO 特征是否变化，如果是，则重新执行步骤 S302 至 S303 。

在本实施例中， Cache 工作模式的设置装置实时监控上层业务应用的 IO 特征是否变化，如果发生变化，则先从预先创建的最佳模式数据库中查找与新的 IO 特征匹配的最佳 Cache 工作模式配置信息，再根据所述最佳 Cache 工作模式配置信息进行 Cache 工作模式的设置；如果否，则保持原有工作模式。

本发明实施例，当业务应用的 IO 特征发生变化时，则重新查找最佳模式数据库，根据查找结果自动调节 Cache 的工作模式，可以时刻保证 Cache 加速性能最大化。

实施例三

图 4 示出了本发明实施例三提供的 Cache 工作模式的设置装置的结构框图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，所述 Cache 工作模式的设置装置 4 包括： IO 特征获取单元 41 、匹配单元 42 和设置单元 43 。

其中， IO 特征获取单元 41 ，用于获取上层业务应用的 IO 特征；

匹配单元 42 ，用于从最佳模式数据库中查找到与所述 IO 特征匹配的最佳 Cache 工作模式配置信息；

设置单元 43 ，用于根据所述最佳 Cache 工作模式配置信息进行 Cache 工作模式的设置， Cache 工作模式包括： Cache 开关、 Cache 缓存模式、 Cache 预取算法及脏数据刷新算法与策略。

进一步地，所述最佳模式数据库是预先创建的最佳 Cache 工作模式配置信息与上层业务应用的 IO 特征之间的对应表。

进一步地，所述装置 4 还包括：

本实施例提供的 Cache 工作模式的设置装置可以使用在前述对应的 Cache 工作模式的设置方法，详情参见上述 Cache 工作模式的设置方法图 1 和图 3 对应实施例的相关描述，在此不再赘述。

实施例四

图 5 示出了本发明实施例四提供的 Cache 工作模式的设置装置的结构框图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，所述 Cache 工作模式的设置装置 5 包括：处理器 51 和存储器 52 。

其中，所述存储器 52 用于存储可执行程序代码；所述处理器 51 通过读取所述存储器 52 中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序，以用于：获取上层业务应用的 IO 特征，从最佳模式数据库中查找到与所述 IO 特征匹配的最佳 Cache 工作模式配置信息，根据所述最佳 Cache 工作模式配置信息进行 Cache 工作模式的设置， Cache 工作模式包括： Cache 开关、 Cache 缓存模式、 Cache 预取算法及脏数据刷新算法与策略。

进一步地，所述处理器 51 还用于，监控所述 IO 特征是否变化，如果是，则从所述最佳模式数据库中查找到与所述 IO 特征匹配的最佳 Cache 工作模式配置信息，再根据所述最佳 Cache 工作模式配置信息进行 Cache 工作模式的设置。

值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如 ROM/RAM 、磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

一种 Cache 工作模式的设置方法，其特征在于，所述方法包括：

获取上层业务应用的输入输出 IO 特征；

从最佳模式数据库中查找到与所述 IO 特征匹配的最佳 Cache 工作模式配置信息；

根据所述最佳 Cache 工作模式配置信息进行 Cache 工作模式的设置。
如权利要求 1 所述的方法，其特征在于，所述最佳模式数据库包括预先创建的最佳 Cache 工作模式配置信息与上层业务应用的 IO 特征之间的对应关系。
如权利要求 1 所述的方法，其特征在于，在所述根据所述最佳 Cache 工作模式配置信息进行 Cache 工作模式的设置之后，还包括：

监控所述 IO 特征是否变化；

如果是，则从所述最佳模式数据库中查找到与变化后的 IO 特征匹配的最佳 Cache 工作模式配置信息，再根据所述最佳 Cache 工作模式配置信息进行 Cache 工作模式的设置。
如权利要求 1 至 3 任一项所述的方法，其特征在于，所述 Cache 工作模式包括： Cache 开关、 Cache 缓存模式、 Cache 预取算法及脏数据刷新算法与策略。
一种 Cache 工作模式的设置装置，其特征在于，所述装置包括：

输入输出 IO 特征单元，用于获取上层业务应用的 IO 特征；

匹配单元，用于从最佳模式数据库中查找到与所述 IO 特征匹配的最佳 Cache 工作模式配置信息；

设置单元，用于根据所述最佳 Cache 工作模式配置信息进行 Cache 工作模式的设置。
如权利要求 5 所述的装置，其特征在于，所述最佳模式数据库包括预先创建的最佳 Cache 工作模式配置信息与上层业务应用的 IO 特征之间的对应关系。
如权利要求 5 所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

IO 特征监控单元，用于监控所述 IO 特征是否变化，如果是，则触发所述匹配单元和所述设置单元进行 Cache 工作模式的设置。
如权利要求 5 至 7 任一项所述的装置，其特征在于，所述 Cache 工作模式包括： Cache 开关、 Cache 缓存模式、 Cache 预取算法及脏数据刷新算法与策略。
一种 Cache 工作模式的设置装置，其特征在于，所述装置包括：处理器与存储器，所述存储器用于存储可执行程序代码，其中，所述处理器通过读取所述存储器中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序，以用于：

获取上层业务应用的输入输出 IO 特征；

从最佳模式数据库中查找到与所述 IO 特征匹配的最佳 Cache 工作模式配置信息；

根据所述最佳 Cache 工作模式配置信息进行 Cache 工作模式的设置。
如权利要求 9 所述的装置，其特征在于，所述最佳模式数据库包括预先创建的最佳 Cache 工作模式配置信息与上层业务应用的 IO 特征之间的对应关系。
如权利要求 9 所述的装置，其特征在于，所述处理器还用于，监控所述 IO 特征是否变化，如果是，则从所述最佳模式数据库中查找到与所述 IO 特征匹配的最佳 Cache 工作模式配置信息，再根据所述最佳 Cache 工作模式配置信息进行 Cache 工作模式的设置。
如权利要求 9 至 11 任一项所述的装置，其特征在于，所述 Cache 工作模式包括： Cache 开关、 Cache 缓存模式、 Cache 预取算法及脏数据刷新算法与策略。