[发明专利]一种基于openstack平台的SSD缓存方法

说明书

本发明公开了一种基于openstack平台的SSD缓存方法，其特征在于：SSD缓存放置于VFS和Distribute/Stripe之间；SSD缓存模块三种结构体，其中page结构体包括所有与缓存页相关的属性，inode结构体用于存放与文件相关的属性，table结构体用于存放全局信息。基于SSD的缓存方法能很好解决openstack平台的网络和磁盘读写瓶颈问题。

技术领域

本发明提出一种基于openstack平台的SSD缓存方法，涉及云计算、计算机技术领域。

技术背景

OpenStack已经被越来越多的厂家和云计算服务提供商采纳并应用至生产环境中。Rackspace已经采用OpenStack提供虚拟机和云存储服务，其中云存储Swift已经达到100PB。HP新推出的公有云服务也是基于OpenStack的。新浪已经推出基于OpenStack的虚拟机和云存储服务。

GlusterFS是Openstack采用的集群的文件系统，支持PB级的数据量。GlusterFS通过RDMA和TCP/IP方式将分布到不同服务器上的存储空间汇集成一个大的网络并行文件系统。该系统现在正式支持OpenStack的三种主要模式存储，包括：文件、块和对象。GlusterFS用户空间采用的堆栈式架构。该架构在GlusterFS的客户端和服务端(均在用户空间)可以在服务初始化的过程中插入链状的自定义模块。但它带来的问题是网络I/O和磁盘I/O的性能瓶颈。加入缓存能够很好的解决此类问题，GlusterFS本身也包含I/O缓存模块，但他提供的缓存是只读的，而且缓存大小受限制。

现存的缓存架构也很多，比如最近很火热的memcached架构以及其变种。Memcached是一个高性能的分布式内存对象缓存系统，用于动态Web应用以减轻数据库负载。它通过在内存中缓存数据和对象来减少读取数据库的次数，从而提高动态、数据库驱动网站的速度。为了提高性能，memcached中保存的数据都存储在memcached内置的内存存储空间中。由于数据仅存在于内存中，因此重启memcached、重启操作系统会导致全部数据消失。另外，内容容量达到指定值之后，就基于LRU(Least Recently Used)算法自动删除不使用的缓存，因此很多缓存替换算法都未能使用。该系统正在被广泛应用，但是它并不适合GlusterFS，应用场景也有所不同，它无法根据我们的需求很好的调整参数。

故本发明将提出一个适合GlusterFS，并且可读可写的SSD缓存方法。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种基于openstack平台的SSD缓存方法，解决网络I/O和磁盘I/O瓶颈。

实现本发明目的技术方案：在GlusterFS上添加了SSD缓存模块，SSD缓存模块包括三种结构体：page结构体包括所有与缓存页相关的属性，inode结构体用于存放与文件相关的属性，table结构体用于存放全局信息。基于这三种结构体，可以在服务初始化的过程中插入链状的自定义模块，实现SSD缓存方案。

SSD缓存模块中的page结构体包括所有与缓存页相关的属性：包含缓存页本身字段，缓存页的替换算法和当前页的等待队列。

(1)页自身相关字段：包含inode指针，ready字段，offset字段，size字段。通过inode指针可以访问该页所属的inode。ready字段表示该页的内容是否准备就绪以供读写。offset表示该页的起始在inode中的偏移量。size字段表示该页的实际大小。

(2)缓存页的替换算法：包括inode_lru与table_lru：前者通过list_head与inode形成双向链表结构，以inode为head，可以遍历与该inode相关联的所有页；后者与table形成双向链表结构，这个链表包含了所有的页，是全局的LRU链表，在缓存页用满需要替换时，从链表尾取出page，并将其释放。