[发明专利]扇区边缘缓存器

说明书

技术领域

本发明总体上涉及采用硬盘驱动器存储技术的数据处理系统。更具体地，本发明涉及在对磁盘的写操作期间提高系统性能的扇区边缘缓存器。

背景技术

在各种数据处理系统中，低成本使ATA(高级技术附件)磁盘驱动器成为用于数据存储的最受欢迎选择。通过提供各种特性如热插拔、柔性布线和用于所有数据、命令和状态信息的CRC(循环冗余校验)，串行ATA(SATA)协议的发展加深了其受欢迎的程度。此外，ATA磁盘驱动器的存储密度使其用于大容量存储系统时特别有优势。因此，独立磁盘冗余阵列(RAID)工具，传统上使用SCSI或光纤通道磁盘驱动器技术，目前采用ATA磁盘驱动器。

但是，目前的ATA磁盘驱动器只支持512字节的标准大小的扇区格式，而与磁盘驱动器相互作用的应用程序或其他软件，如RAID工具，要求不同大小的扇区。扇区是用于访问磁盘的最小单元。扇区大小的不同要求在由应用程序指定的地址和扇区，称为逻辑地址和逻辑扇区，与磁盘驱动器的物理地址和物理扇区之间进行转换。扇区大小的差别还产生了驱动器的逻辑与物理扇区之间的非对齐。例如，如果逻辑扇区比物理扇区大(字节上)，则逻辑扇区与多个物理扇区重叠。因此，对一个逻辑扇区的一个写操作实际上是多个物理扇区的一个写操作，虽然这些扇区中一个或所有的一部分没有被写入。这些部分位于逻辑扇区与物理扇区之间重叠部分的边缘，这样的边缘称为扇区边缘。该写操作需要额外的读I/O操作以获取来自扇区边缘的数据。因此，额外的读I/O操作对执行小的写操作或大的非对齐写操作的应用程序有性能影响。为了利用ATA技术的各种优点，因此需要一种能够避免或减少因写操作期间读扇区边缘引起的性能损失的系统和方法。

发明内容

一方面，本发明的特征在于处理对存储磁盘的输入/输出(I/O)请求的方法，其中I/O请求使用不同于存储磁盘的扇区大小格式。该方法包括接收对应于虚拟磁盘的逻辑地址上的读操作的I/O请求。确定与逻辑地址关联的逻辑扇区，并将其映射到存储磁盘的物理扇区的一部分。确定物理扇区的扇区边缘，并将其存储在缓存器中。

另一方面，本发明的特征在于具有包括物理扇区的存储磁盘的数据处理系统。数据处理系统包括执行应用软件的主机系统，应用软件执行对虚拟磁盘的输入/输出(I/O)操作。数据存储系统还包括根据应用软件的I/O操作向存储磁盘发送I/O请求的输入/输出(I/O)控制器。I/O请求使用具有不同于存储磁盘的扇区大小格式的逻辑扇区。I/O控制器具有扇区映射器，其用于将逻辑扇区映射到存储磁盘的物理扇区及识别与每一个逻辑扇区关联的物理扇区的一个或多个扇区边缘。I/O控制器读取与I/O请求中引用的逻辑扇区关联的每一个扇区边缘。扇区边缘缓存器存储由I/O控制器读取的每一个扇区边缘。

又一方面，本发明的特征在于用于执行对存储磁盘的输入/输出(I/O)操作的装置。该装置包括用于执行应用软件的装置，应用软件执行对虚拟磁盘的I/O操作。该装置还包括根据应用软件的I/O操作对存储磁盘发出I/O请求的装置，用于将I/O请求的逻辑扇区映射到存储磁盘的物理扇区的装置。逻辑扇区具有不同于存储磁盘的扇区大小格式。该装置还具有用于识别与每一个逻辑扇区关联的物理扇区的一个或多个扇区边缘的装置，用于读取与在I/O请求中选定的逻辑扇区关联的每一个扇区边缘的装置，以及用于缓存每一个扇区边缘的装置。

附图说明

结合附图参考以下说明，可以更好地理解本发明的以上和进一步优点，其中不同的附图中同样的数字代表同样结构的元件和特征。附图不是限定本发明的范围，重点在于说明本发明的原理。

图1是根据本发明构建的数据处理系统的实施例的框图，数据处理系统包括主机、I/O控制器和磁盘阵列。

图2-4是说明示例性的逻辑扇区到物理扇区的部分映射的框图，其中每一个逻辑扇区的字节数比物理扇区大，且在逻辑扇区映射到的每一个物理扇区内每一个逻辑扇区的映射形成前导扇区边缘、拖尾扇区边缘或二者。

图5是说明示例性的逻辑扇区到物理扇区的部分映射的框图，适用于采取统一大小段的对齐I/O操作，每一个段包括预定数量的扇区。

图6是响应读请求从物理磁盘读取数据的过程的实施例的流程图。

图7是响应写请求向物理磁盘写入数据的过程的实施例的流程图。

图8-11是说明示例性的逻辑扇区到物理扇区的部分映射的框图，其中每一个逻辑扇区的字节数比物理扇区小，且在逻辑扇区映射到的每一个物理扇区内每一个逻辑扇区的映射形成前导扇区边缘、拖尾扇区边缘或二者。

具体实施方式