[发明专利]一种基于固态盘缓存系统中非对齐更新数据的合并方法

说明书

本发明公开的一种基于固态盘缓存系统中非对齐更新数据的合并方法，基于FTL页级映射模块，重新设计了页级映射模块结构和添加了合并页映射模块结构，实现了将缓存系统中来自于多个逻辑块的非对齐更新数据通过合并后存储至固态盘中，保证了物理上可用存储空间的最大利用率；同时针对非对齐更新操作所带来的写更新读损耗，优化了写更新操作带来的额外读操作请求的性能损耗；另一方面，由于通过合并写入充分减少了固态盘的实际写入次数，因此内部的可用存储空间得到了最大化的利用，使得内部的垃圾回收操作触发率降低，因此间接延长了固态盘的使用寿命。

技术领域

本发明涉及存储系统技术领域，具体涉及一种基于固态盘缓存系统中非对齐更新数据的合并方法。

背景技术

相比于传统机械磁盘，基于闪存的固态盘由于在性能、能耗、可靠性和尺寸的绝对优势而被广泛应用于便携式计算机系统、桌面计算机系统、大型服务器系统以及高性能计算系统中。而由于闪存本身特殊的存储特性，在上层IO请求分布到固态盘中时，闪存转换层会将每个IO请求按照页级规格划分为一个或者多个子请求在固态盘内部分别进行处理，因此其缓存系统内部会广泛存在非对齐的更新数据，这些非对齐的更新数据在存储时会带来额外的系统开销以及性能损耗。另外，对于固态盘的缓存系统而言，并未对这些非对齐的更新数据做针对性的优化。固态盘存储系统中非对齐更新数据的存储会带来以下的问题：

（1）由于闪存的读写单位以闪存页为基本规格，因此非对齐的数据存储会导致额外物理存储空间的浪费。

（2）非对齐的数据更新可能会带来固态盘中写更新的现象，因为固态盘无法支持原地覆盖写，因此写更新操作会导致在写操作完成之前，必须要额外附加一个读操作，将固态盘中原物理数据页的有效数据读取至缓存中，合并后再写回至固态盘中，整个写更新处理过程分为一次读操作和一次写操作。

（3）由于固态盘底层对于IO请求的处理时是以页级规格的一个或多个子请求分别进行处理，因此非对齐数据的存储会增加底层处理队列的负载压力。

（4）非对齐的数据存储不仅会浪费额外的物理可用存储空间，甚至会间接加剧固态盘内部的垃圾回收频率，影响固态盘的整体性能。

虽然传统的FTL可以有效地封装和隐藏固态盘底层的具体实现，直接提供统一的存储功能接口给上层系统，然而随着大数据时代的到来，数据量呈现爆炸式增长，与此同时对于IO效率的要求也随着越来越高，因此对于采取页级映射处理机制的FTL来说，传统的方法并不能避免由于非对齐更新数据所带来的负面影响，而由于非对齐更新数据在处理和存储时由于固态盘本身固有的特殊物理介质特性，必然会导致上述问题的产生。

因此，亟须设计一种基于页级映射机制的新型固态盘闪存转换层架构，针对这类非对齐更新数据进行合并优化，从存储效率和内部系统架构优化上提高固态盘存储系统的整体性能。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，公开了一种基于固态盘缓存系统中非对齐更新数据的合并方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于固态盘缓存系统中非对齐更新数据的合并方法，所述的合并方法包括下列步骤：

A1、初始化缓存区域，对于所有到达缓存区域的写数据，除了维持所有缓存数据节点的LRU队列，根据对齐和不对齐的数据类型将所有的写数据分别设置在对齐缓存数据区域和非对齐缓存数据区域，两个区域内的数据节点分别用LRU队列维持；

A2、判断到达的IO请求类型是写操作还是读操作；

A3、根据到达的IO请求类型，分类处理缓存命中与非命中的情况，对于到达的写请求操作，则要判断将该数据写入缓存后缓存区域的空闲空间情况，是否需要执行数据写回的操作；

A4、处理写请求时若缓存区域空闲空间不为0，则直接将数据写入缓存，结束处理流程；