[发明专利]基于固态硬盘和磁性硬盘的混合存储系统及存储方法

说明书

技术领域

本发明涉及数据信息处理，特别涉及一种基于固态硬盘和磁性硬盘的混合存储系统及存储方法。

背景技术

随着闪存技术的迅速发展，固态硬盘已经逐渐进入市场，成为可能取代传统磁性硬盘的新一代永久性存储设备。从性能上来看，固态硬盘由于是电学设备，不存在寻道时间，从而可以提供相比传统磁盘高几十至几百倍的随机访问性能。固态硬盘的另一个重要特性是读写不对称性，相比读而言，固态硬盘的写操作代价要昂贵的多，这不仅仅体现在性能上，也体现在写次数过多会使闪存芯片报废，缩短固态硬盘的寿命上。

同时注意到，尽管制造工艺进步迅速，但短期内固态硬盘在容量和价格上仍然无法和传统磁盘竞争，在海量数据存储处理领域，用固态硬盘完全取代磁盘仍然有很大的难度。因此，比较合理的解决方案是构建一种固态硬盘和磁性硬盘的混合存储系统，将大部分数据存放在磁盘上而将少量热点数据存放在固态硬盘上，从而提高系统的总体性能，缩短查询的平均响应时间。

然而，简单将固态硬盘和磁性硬盘部署在计算机上，使之对应用可见的解决方案难以满足变化多端的实际应用。这是由于：1)现代的数据库软件对数据的分布粒度较大，往往以一张表或者一个分区为单位。而在实际应用中，并不是一张表的所有行或者列都具有相同的访问频度。2)应用的逻辑特征并不是固定的，随着不断的更新，热点数据可能变得不再热点，而某些新的数据可能会成为热点数据。由于固态硬盘的容量较小且价格昂贵，因此如何尽可地能将访问最频繁的数据动态部署到固态硬盘上，是提升系统性能的关键问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种固态硬盘和磁性硬盘的混合存储系统，以及在该系统上根据应用运行情况动态调整页面物理分布的方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一、一种基于固态硬盘和磁性硬盘的混合存储系统：

包括一块或多块固态硬盘组成的固态硬盘阵列、一块或多块磁性硬盘组成的磁性硬盘阵列和一块存储控制器；固态硬盘阵列与磁性硬盘阵列通过存储控制器与计算机系统总线相连；所述混合存储系统对操作系统展现为一个逻辑设备，其容量为所述两个阵列容量之和；对混合存储系统的访问通过对逻辑页面的取址来进行，逻辑页面的大小在系统初始化时被确定为单个512字节的扇区的整数倍。

所述的固态硬盘阵列与磁性硬盘阵列，根据需要自由定制成为从RAID0到RAID6的冗余阵列类型，从而自身保证数据容错能力和读取性能。

二、一种基于固态硬盘和磁性硬盘的混合存储方法：

在存储控制器中维护从逻辑页面到物理页面的映射表，将单个逻辑页面映射到固态硬盘或磁性硬盘的物理页面上；逻辑页面的访问请求通过映射表被转化为对物理页面的访问请求；

存储控制器为每个逻辑页面记录一个特征状态，每当逻辑页面被访问时，存储控制器根据当前访问请求的访问模式对页面的特征状态进行修正，并根据统计信息将随机访问较多的页面转移到固态硬盘阵列上，将顺序访问较多的页面转移到磁性硬盘阵列上，以提高系统的响应效率。

所述访问模式包括四种：顺序读、顺序写、随机读和随机写，页面的特征状态由四种访问模式之和决定，页面的特征状态代表了该页面存放在固态硬盘上相比存放在磁性硬盘上能带来的性能提升。

所述统计信息被维护在存储控制器中，并根据统计信息动态地修正两个阈值，分别代表磁性硬盘和固态硬盘的存储特征阈值，在系统运行过程中，当某一页面的特征状态超过固态硬盘的存储特征阈值时，该页面被替换到固态硬盘中，存储控制器更新映射表中此页面的映射信息。

所述四种访问模式的值根据存储系统所配备的固态硬盘阵列和磁性硬盘阵列的性能特点、价格和容量三个因素确定。

本发明解决了在固态硬盘和磁性硬盘的混合系统中优化数据分布，以适应复杂应用的问题，具有以下有益效果：

1)混合存储系统采用容量较大，价格较便宜的磁性硬盘来存储大部分数据，同时采用随机访问性能优异的固态硬盘来存储热点访问数据，从而尽可能地发挥固态硬盘的性能优势，在较低成本的前提下，提高海量规模数据查询的性能。

2)混合存储系统采用了以页面为调度单位的自优化方法，从而避免了由管理员手动分布数据所难以避免的粒度过大、难以调节等困难。存储系统对外表现为一块逻辑设备，简化了数据库的设计，减轻了系统设计者与管理员的负担。

3)系统在运行过程中动态调节自身的统计信息、各页面的特征状态，并动态优化页面的物理分布，以提高系统的访问性能。可以满足各种类型的应用需求，并在应用发生变化时自动进行适应。

附图说明

图1是系统整体框架图。