[发明专利]存储系统和存储控制器以及存储系统中的缓存实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及缓存技术，特别涉及一种存储系统、一种存储系统中的存储控制器(Storage Controller，SC)、以及一种存储系统中的缓存实现方法。

背景技术

用于向网络主机提供服务的存储系统通常由SC和磁盘柜这两部分组成，其中，磁盘柜中设置了由多个成员磁盘组成的独立磁盘冗余阵列(Redundant Array of Independent Disks，RAID)。

图1为现存储系统的结构示意图。如图1所示，SC通过因特网小型计算机接口(Internet Small Computer System Interface，iSCSI)或者光纤通道(Fibre Channel，FC)接口连接磁盘柜，存储系统中的SC包括：主板芯片组(Chip Set)，以及与主板芯片组相连的中央处理器(CPU)、RAID控制器、系统盘、用作缓存的内存。

其中，RAID控制器可以是一独立的硬件，称为硬RAID控制器，也可以是运行于CPU中的一软件程序，称为软RAID控制器；系统盘可看作本地磁盘，其中承载了SC提供服务所需的软件和数据，例如操作系统；本文所述的内存是指物理内存，例如，双倍速率同步动态随机存储器(Double DataRate SDRAM，DDR)等内存条，用以提升对网络主机的响应速度。

SC还具有与主板芯片组相连的业务接口，例如千兆以太网(GE)接口、光纤通道(Fibre Channel，FC)接口，业务接口用于外部客户端访问存储系统。其中，客户端可以是通过网络与存储系统相连的主机，可简称为网络主机。

SC中的CPU根据业务接口接收到客户端的写请求或读请求，调用RAID控制器并向RAID控制器发出写请求以将某些数据写入至RAID中，或发出读请求以获取RAID中存储的数据。

对于CPU发出的写请求，RAID控制器先将待写入RAID的写数据写入到内存中，实现对写数据的缓存，然后在预设的刷新时刻到来时，将内存中的所有写数据批量刷新至RAID中。

对于CPU发出的读请求，RAID控制器先在内存中查找，如果找到对应的数据，即命中，则能够非常快速地直接读取，否则，从RAID中查找并读取对应的数据。

在如图1所示的存储系统中，缓存算法合理、访问规则合理，那么缓存大小就成为了决定存储系统性能的主要因素。

然而现有存储系统SC中的内存的槽位数量是有限的、且每根内存条的容量也是有限的，因而使得存储系统中由内存构成的缓存容量有限，从而限制了存储系统的性能。

假设CPU和主板芯片组所能够支持的内存槽位数最多为4个，则存储系统所能够支持的最大缓存容量＝内存槽位数×每根内存条的最大容量。目前每根DDRII内存的最大容量是2GB，则图1所示的存储系统支持的最大缓存容量就是8GB，无法再进一步地扩容。

为了再进一步地提高缓存容量以提高存储系统性能，现有技术中还可以将RAID中的部分成员磁盘作为缓存。参见图1，磁盘柜中的每一个圆形图案表示RAID中的一个成员磁盘，其中的深色实心圆形图案表示作为缓存的成员磁盘。该方案虽然能够实现缓存容量的进一步扩容，但却存在以下问题：

1、缓存的数据传输通路过长。对于写请求，所有的写数据都必须由RAID控制器通过iSCSI接口或者FC接口写入在RAID中用作缓存的成员磁盘中，然后在刷新时刻到来时，已缓存的写数据通过iSCSI接口或者FC接口被读回到RAID控制器后，再次通过iSCSI接口或者FC接口写入在RAID中的对应成员磁盘中，使得FC/iSCSI数据通路的开销很大。同理，预先将RAID中的数据读取至用作缓存的成员磁盘中以便后续根据读请求读取数据时，也存在同样的问题。在这样的开销下，即使用作缓存的成员磁盘为串行SCSI(SAS)磁盘、或固态磁盘(Solid State Disks，SSD)等高速磁盘，其高速的优势也会被抵消掉。

2、缓存和RAID竞争资源：缓存和RAID共用相同的RAID控制器和FC/iSCSI数据通路，会出现竞争资源的情况，从而降低存储系统的性能。

3、数据安全性存在隐患。如果系统中有多个磁盘柜，用作缓存的成员磁盘所处的磁盘柜掉电时，缓存中的数据会丢失，且无法对其他磁盘柜中RAID的读写数据实现缓存，从而降低存储系统的性能。