[发明专利]一种通过压缩磁盘板载缓存以提高磁盘性能的方法

说明书

本发明公开了一种通过压缩磁盘板载缓存以提高磁盘性能的方法，当外部读请求到来时，控制器部件可以压缩缓存中存放的所请求的数据，并压缩后续预取的数据。经过压缩后的缓存可以存放更多数据以提高命中率，进而快速响应后续请求。当外部写请求到来时，压缩机制可以使缓存存储更多写请求数据，以减少缓存数据回写的概率。压缩机制可以动态调整或是关闭以降低不稳定性。本发明通过增加磁盘上的板载缓存命中率以减少访问低速磁盘盘片的概率，达到提高磁盘性能的效果。另外，磁盘盘片访问频率的减少还可以降低其电源状态的切换频率和盘片启动频率，进而起到节能和提高寿命的作用。

技术领域

本发明涉及磁盘内部缓存管理的技术领域，尤其是指一种通过压缩磁盘板载缓存以提高磁盘性能的方法。

背景技术

现代存储系统中，磁盘以高容量与低位价比、相对读写快的优势被广泛应用。随着磁部件生产工艺的提高与存储介质成本的降低，磁盘的每位价格还会继续降低，并将在未来一段时间内继续主宰存储市场。然而它的一些关键性能指标在很长时间内没有突破性改善，如随机读写性能。在2000年，主存与硬盘的性能差距已经是6次方的指数级，并且至今这种差距每年都在快速增加。

磁盘的随机读写速度瓶颈由它的机械特性所决定。磁盘通过磁臂的水平移动和盘片的旋转可以读取盘片上的任意数据。当前市面上的磁盘，平均寻道时间为2ms，15000RPM的转速所对应的平均旋转延迟是2ms。很明显，这个时间与RAM的响应时间有着巨大的差距。磁盘缓存是解决这种传输延迟的有效办法。它一般由SRAM组成，类似于CPU内部缓存，价格相当对较高昂。目前市面的硬盘缓存为8M至128M，相对于目前1TB甚至更多的磁存储容量，还是相当有限。磁盘缓存在达到磁盘容量的0.1％至0.3％时，可以达到接近最大的效果。如现在市面上常用的1TB磁盘，0.1％的缓存意味着1GB的容量，为了节约成本，硬盘厂商不会将缓存装备很大。当硬件上的改良变得代价高昂时，软件上的优化可以弥补这个不足。

因此，人们急需一种相对成本廉价并且实现简单的方法来提高磁盘性能。当硬件上的改良变得代价高昂时，软件上的优化可以弥补这个不足。目前缓存压缩技术早已被普遍研究与应用，CPU缓存或主存的压缩就是比较好的样本。同样地，这个想法可以被应用到磁盘这个新的载体上。此外，目前不断有新型存储介质试图替代磁盘，例如固态硬盘(SSD)和相变存储器(PRAM)。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通过压缩磁盘板载缓存以提高磁盘性能的方法，具有节约能耗与提高磁盘使用寿命及性能的作用。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种通过压缩磁盘板载缓存以提高磁盘性能的方法，主要是利用磁盘上的控制器部件和缓存部件来增加磁盘上的板载缓存命中率，以减少访问低速磁盘盘片的概率，进而达到提高磁盘性能的目的，其中所述控制器部件用于管理通过缓存部件的数据并动态压缩存放于缓存中的数据，采用压缩机制后的缓存部件将能够存放更多数据，进而提高命中率和降低访问永久性存储介质的概率，磁盘中所有与外界的数据流通和内部的数据存放都由该控制器部件管理，所述缓存部件用于存储已经读取的数据和预取的数据，写请求的数据会暂存于此，且这些数据能够根据实际情况进行选择性被压缩；该方法包括以下步骤：

1)外部请求到来时，控制器部件判断其请求类型，如果为读请求，则执行步骤2)，如果为写请求，则执行步骤5)；

2)如果读请求的数据在缓存中命中，则直接响应请求，如果数据被压缩，则还需要先进行解压缩操作；如果请求不命中，则选择一个缓存段，读磁盘盘片上的数据，并用其覆盖缓存段中数据，然后执行步骤3)操作；

3)磁盘缓存进行预取操作，如果磁盘打开压缩功能，则将预取的数据进行压缩，直到读满一个段，或是新的请求到来；如果关闭了压缩功能，则预取到缓存中的数据不进行压缩；