[发明专利]预防存储控制器的分区高速缓存中写饥饿的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及管理存储控制器中的写高速缓存，并且更特别地，涉及预防存储控制器的分区写高速缓存中的写饥饿(write starvation)。

背景技术

本发明是在现有技术上的改进，其包括涉及Kevin J.Ash于2004年8月10日授权的美国专利No.6,775,738的专利，下文通过引用的方式将其并入本说明书。存储控制器(例如，来自国际商业机器公司的EnterpriseStorage Server)管理从网络上的主计算机到一个或多个存储设备的存储请求和检索。存储设备可以包括各种形式的硬盘驱动器，例如直接访问存储设备(“DASD”)、廉价/独立磁盘冗余阵列(“RAID”)，以及简单磁盘捆绑(“JBOD”)。存储控制器还可以访问诸如磁带驱动器、光驱动器等的其它存储设备。

存储控制器通常包括通用高速缓冲存储器(高速缓存)，其是易失性存储器，其中在存储控制器断电、在重新引导时等情况下，会丢失内容。另外，很多存储控制器包括非易失性存储器(“NVS”)形式的写高速缓存，其包括某种形式的备用电力，例如电池，以便预防在断电、重新引导等情况下内容的丢失。

通常，当存储控制器接收到将文件更新或完整文件存储到存储控制器可访问的存储设备上的请求时，存储控制器对数据使用快写操作。在快写操作中，存储控制器向高速缓存写入文件更新或完整文件的一个副本以及向写高速缓存写入文件更新或完整文件的一个副本，并且然后通知主机写过程完成。(为了简明起见，此后术语“更新”包括文件更新、完整文件，或者请求存储到存储设备上的任何其它的数据。)存储控制器然后使用离台(destage)过程将更新从高速缓存复制到目标存储设备。在向目标存储设备写入更新时，快写过程比与主机保持连接更有效率。

将更新的副本存储在写高速缓存中，以确保在电力失效、系统重新引导或其它问题造成高速缓存的内容在将更新离台至目标存储控制器之前丢失的情况下不丢失更新。在将更新离台至存储设备之后，高速缓存和写高速缓存中该更新的位置可以被分配给另一使用。通常写高速缓存具有比写操作可用的高速缓存实质上小的存储空间。

在对在存储请求中可以使用多少写高速缓存方面没有任何限制的情况下，存储设备可以控制对损害请求存储更新的其它主机的写高速缓存的使用。例如，在存在连接至存储控制器的多个存储设备的情况下，例如RAID阵列，高速缓存和写高速缓存可以存储打算给多个存储设备的更新。倘若写高速缓存实质上充满了给一个目标存储设备的更新并且该目标存储设备出现故障，那么如果写高速缓存充满了来自故障存储设备的数据，则不能够对指向幸存(surviving)存储设备的写入返回完成状态。除非将更新复制到高速缓存和写高速缓存二者才返回完成状态。

在另一例子中，如果存储设备低速处理存储请求，则该存储设备可以控制写高速缓存。可以在将更新离台至较慢者的程度上对提交存储请求的其它过程进行延迟，控制存储设备。如果由于故障驱动器导致重建存储设备中的一个或多个磁盘驱动器，或者如果到写高速缓存中的控制存储设备的更新主要包括随机(非顺序)更新，则对控制存储设备的离台操作可以低速运行。随机更新可能花费较长时间离台，因为它们具有较长的磁盘访问时间，并且在RAID环境中，需要对每个随机更新进行恒定的奇偶校验重新计算。可以将一个或多个存储设备控制写高速缓存并且对处理其它存储请求造成延迟称为写饥饿。

在所引用的Ash的专利(下文称为“Ash”)中给出了一种改进。在Ash中，向存储控制器可访问的存储设备分配存储设备可以使用的最大比例的写高速缓存。首先，确定存储控制器可访问的存储设备的数目。然后将存储设备写高速缓存限制(NVS阈值)分派给每个等级。等级可以包括单个存储设备或一组存储设备，例如在RAID阵列或JBOD中。然后可以向每个等级分派统一的存储设备写高速缓存限制或者可以向每个等级分派不同的存储设备写高速缓存限制。

对于效率，每个等级可用的写高速缓存的数量总计可以超过可用写高速缓存的100％。通常，如果有四个或更多的等级，则每个等级的存储设备写高速缓存限制是25％。限制等级的写高速缓存的可用性有助于解决存储设备或等级控制写高速缓存并造成写饥饿的问题。然而，引入高容量、低成本的邻线(nearline)存储设备给出了在预防写高速缓存的写饥饿方面的另外的挑战。邻线存储设备是在线存储设备和离线存储设备之间的折衷。在线存储设备可以以具有对数据恒定、非常快速的访问为特征。离线存储设备的特征在于出于备份目的或长期存储的非常见访问。