[发明专利]一种基于非易失性存储器和软件RAID的缓存系统

摘要

本发明提出一种基于非易失性存储器和软件RAID的缓存系统，其特征为一种融合非易失性存储器Apache Pass，软件RAID和Device Mapper驱动模块Buaacache的新型存储系统架构。本发明利用Linux的Device Mapper机制来管理软件RAID，以高速设备Apache Pass作为低速RAID的Cache，从而构建一个两级缓存系统。Persistent Memory具有掉电后介质数据不丢失和读写性能卓越的特性。本发明选用Persistent Memory作为软件RAID的高速缓存，在成本远低于硬件RAID的条件下，实现软件RAID读写性能逼近甚至超过硬件RAID。

主权项

1.一种基于非易失性存储器和软件RAID的缓存系统，其特征在于：一种融合非易失性存储器Apache Pass，软件RAID和Device Mapper驱动模块Buaacache的新型缓存系统架构；所述非易失性存储器是指具有完全断电后信息不丢失，字节寻址和I/O性能优越特性的新型存储设备，在缓存系统中作为软件RAID的缓存使用；所述软件RAID是指在Linux操作系统中，使用mdadm软件的“‑C”或“‑create”参数完成创建，由mdadm进行管理；所述RAID为冗余RAID或非冗余RAID；所述Device Mapper驱动模块Buaacache是基于Linux Device Mapper框架下的内核驱动模块Buaacache，工作在Linux块设备I/O体系结构中的块设备驱动层，逻辑上将非易失性存储器Apache Pass作为低速软件RAID的缓存(Cache)，物理上将软件RAID和非易失性存储器作为一个整体创建为一个混合块设备；Buaacache驱动模块包括缓存数据组织模块、缓存映射模块、缓存回收模块，元数据管理模块与掉电恢复模块；所述缓存数据组织模块是指将Apache Pass划分为保留区，元数据区和数据缓存块区，保留区负责存储文件系统超级块或留作他用，元数据区负责存储主要记录缓存块和硬盘块对应关系的元数据，数据缓存块区以缓存块组织形式存储数据；所述缓存映射模块是指将Apache Pass和软件RAID中的磁盘均按照固定大小划分为若干组(Set)，采用512路组相联映射机制，避免以元数据为代表的高热度数据发生聚集现象；组相联映射分为直接映射和线性哈希探测两步骤进行；所述缓存回收模块是指采用Two‑Handed时钟算法，写回Apache Pass最近20分钟内未访问过的脏块到磁盘阵列；所述元数据管理模块是指从内存写入元数据到Apache Pass或者从Apache Pass加载元数据到内存，寻址方式均为字节寻址；当从RAID写入缓存或者从Apache Pass写回脏块到RAID时，均进行元数据更新操作；所述掉电恢复模块是指一旦有元数据更新，以字节寻址方式及时写回到Apache Pass；发生意外断电事故后，内存中的元数据均及时备份在缓存设备中，在主机重新上电后，Buaacache驱动模块将缓存设备中已备份的元数据重新加载到内存中，然后根据元数据将缓存设备中对应的脏数据写回到磁盘阵列，实现掉电恢复。