一种降低固态盘存储系统写性能抖动的缓存方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种降低固态盘存储系统写性能抖动的缓存方法：S1、在新写请求到达缓存系统时，将该新写请求数据存储至匹配的缓存簇；S2、基于该新写请求数据生成指纹信息，且将所述指纹信息与目标指纹库进行匹配，并根据匹配结果判断本次新写请求的操作类型；S3、根据本次新写请求的操作类型选择该新写请求数据在其所在缓存簇写回闪存时的处理方式。本发明专利技术通过指纹库技术，尽可能的选择更新数据页较多的簇写回闪存，并在原数据块所在存储单元空闲时，对原数据块执行垃圾回收，提高缓存空间利用率的同时降低了缓存中频繁更新数据写回闪存产生的大量无效数据页，减少了垃圾回收操作，降低固态盘写性能抖动。

Cache method and system for reducing write performance jitter of solid state disk storage system

The invention discloses a cache method for reducing the write performance jitter of a solid-state disk storage system: S1, storing the new write request data into a matching cache cluster when a new write request arrives at the cache system; S2, generating fingerprint information based on the new write request data, and matching the fingerprint information with the target fingerprint database, and rooting. According to the matching result, the operation type of the new write request is judged; S3, according to the operation type of the new write request, the processing method of the new write request data when it is written back to the flash memory in its cache cluster is selected. By using the fingerprint database technology, the invention selects clusters with more updated data pages to write back the flash memory as far as possible, and performs garbage collection on the original data block when the storage unit of the original data block is idle, improves the utilization ratio of the cache space, and reduces a large number of invalid data pages generated by frequent updating data to write back the flash memory in the cache, and reduces the amount of invalid data pages generated by the frequent updating of the data Less garbage collection operation, reduce solid-state disk write performance jitter.

【技术实现步骤摘要】
一种降低固态盘存储系统写性能抖动的缓存方法及系统
本专利技术涉及缓存优化方法
，尤其涉及一种降低固态盘存储系统写性能抖动的缓存方法及系统。
技术介绍
固态盘作为一种新型存储设备，近年来已经被广泛应用于各类消费电子设备中作为存储介质。随着闪存固态盘的广泛应用，由其存储介质本身的物理特性带来的问题日益显现。写前擦除特性带来的异地更新操作会损耗固态盘性能和寿命。闪存固态盘在写入数据之前需要首先对存储空间进行擦除操作，因此当固态盘里的数据需要更新时，需要将更新后的数据写入到已经完成擦除的数据块中，然后将其所对应的原数据置为无效，当闪存固态盘内部存储容量达到一定阈值时，对无效数据空间进行回收操作，这一过程称为垃圾回收。垃圾回收主要由待擦除块内有效数据页的重写操作以及无效数据块的擦除操作两部分组成，待擦除块内有效数据页的重写操作可能会与外部新写请求争用总线，等到重写操作完成后外部新写请求才能被响应，这就造成外部新写请求性能抖动，大大增加了用户新写请求的响应时间；此外，闪存固态盘的擦除时间要远高于读写时间，这也再次增加了垃圾回收的时间开销。交易型存储系统写性能抖动引起较大的响应延迟是不允许的，较大的写性能抖动对交易型存储系统是致命的。而固态盘上的缓存系统可以有效降低垃圾回收对用户响应时间的影响。
技术实现思路
基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种降低固态盘存储系统写性能抖动的缓存方法及系统。本专利技术提出的降低固态盘存储系统写性能抖动的缓存方法，包括以下步骤：S1、在新写请求到达缓存系统时，将该新写请求数据存储至匹配的缓存簇；S2、基于该新写请求数据生成指纹信息，且将所述指纹信息与目标指纹库进行匹配，并根据匹配结果判断本次新写请求的操作类型；S3、根据本次新写请求的操作类型选择该新写请求数据在其所在缓存簇写回闪存时的处理方式。优选地，步骤S1具体包括：在新写请求到达缓存系统时，根据新写请求的数据页地址在缓存系统中查找是否有存储数据页地址范围包含该新写请求数据页地址的缓存簇，若有，将该新写请求数据存储至该缓存簇中，若没有，在缓存系统中申请一个缓存空间形成缓存簇，且将该新写请求数据存储至该缓存簇中，并在目标指纹库中构建一个目标指纹库单元，且将上述缓存簇对应的闪存数据块中所有数据页指纹信息存储至上述目标指纹库单元。优选地，步骤S2中，所述目标指纹库包括多个目标指纹库单元，每一个目标指纹库单元内存储有闪存中一个闪存数据块包含的所有数据页的指纹信息。优选地，步骤S2具体包括：基于该新写请求数据生成指纹信息，并将所述指纹信息与目标指纹库进行匹配，若在目标指纹库中没有找到与该新写请求相同逻辑地址数据页的指纹信息，判定本次新写请求为新写操作，若在目标指纹库中找到与该新写请求相同逻辑地址数据页的指纹信息且两者内容字段指纹信息匹配成功，判定本次新写请求为重复写操作，若在目标指纹库中找到与该新写请求相同逻辑地址数据页的指纹信息且两者内容字段指纹信息匹配不成功，判定本次新写请求为更新操作。优选地，步骤S3具体包括：根据本次新写请求的操作类型选择该新写请求数据在其所在缓存簇写回闪存时的处理方式：当本次新写请求为新写操作时，在其所在缓存簇写回闪存时，将该新写请求数据随其所在的缓存簇一并写回闪存；当本次新写请求为重复写操作时，在其所在的缓存簇写回闪存时丢弃该新写请求数据；当本次新写请求为更新操作时，将与该新写请求数据所在的缓存簇的更新数据页标志位加一，并将该新写请求数据页对应的原闪存数据页置为无效状态，当其所在缓存簇的更新数据页标志位大于预设阈值时，将该新写请求数据随其所在的缓存簇一并写回闪存。本专利技术提出的降低固态盘存储系统写性能抖动的缓存系统，包括：信息存储模块，用于在新写请求到达缓存系统时，将该新写请求数据存储至匹配的缓存簇；信息匹配模块，用于基于该新写请求数据生成指纹信息，且将所述指纹信息与目标指纹库进行匹配，并根据匹配结果判断本次新写请求的操作类型；动态操作模块，用于根据本次新写请求的操作类型选择该新写请求数据在其所在缓存簇写回闪存时的处理方式。优选地，所述信息存储模块具体用于：在新写请求到达缓存系统时，根据新写请求的数据页地址在缓存系统中查找是否有存储数据页地址范围包含该新写请求数据页地址的缓存簇，若有，将该新写请求数据存储至该缓存簇中，若没有，在缓存系统中申请一个缓存空间形成缓存簇，且将该新写请求数据存储至该缓存簇中，并在目标指纹库中构建一个目标指纹库单元，且将上述缓存簇对应的闪存数据块中所有数据页指纹信息存储至上述目标指纹库单元。优选地，所述信息匹配模块中，所述目标指纹库包括多个目标指纹库单元，每一个目标指纹库单元内存储有闪存中一个闪存数据块包含的所有数据页的指纹信息。优选地，所述信息匹配模块具体用于：基于该新写请求数据生成指纹信息，并将所述指纹信息与目标指纹库进行匹配，若在目标指纹库中没有找到与该新写请求相同逻辑地址数据页的指纹信息，判定本次新写请求为新写操作，若在目标指纹库中找到与该新写请求相同逻辑地址数据页的指纹信息且两者内容字段指纹信息匹配成功，判定本次新写请求为重复写操作，若在目标指纹库中找到与该新写请求相同逻辑地址数据页的指纹信息且两者内容字段指纹信息匹配不成功，判定本次新写请求为更新操作。优选地，所述动态操作模块具体用于：根据本次新写请求的操作类型选择该新写请求数据写回闪存时的处理方式：当本次新写请求为新写操作时，在其所在缓存簇写回闪存时，将该新写请求数据随其所在的缓存簇一并写回闪存；当本次新写请求为重复写操作时，在其所在的缓存簇写回闪存时丢弃该新写请求数据；当本次新写请求为更新操作时，将与该新写请求数据所在的缓存簇的更新数据页标志位加一，并将该新写请求数据页对应的原闪存数据页置为无效状态，当其所在缓存簇的更新数据页标志位大于预设阈值时，将该新写请求数据随其所在的缓存簇一并写回闪存。本专利技术提出的降低固态盘存储系统写性能抖动的缓存方法，其缓存策略在以聚簇的形式组织数据的基础上，设计了面向写/更新操作的指纹库，实现了缓存与闪存存储之间语义交互的桥梁。利用指纹库中每一个指纹库单元中存储的指纹信息来检测每次写入缓存空间内I/O用户请求是否为更新操作，让系统实时感知缓存簇所对应的闪存存储单元内数据块中无效页数是否达到阈值，当不活跃簇内更新数据页的数量达到阈值时，将该簇写回闪存；当原数据块所在存储单元空闲时，对原数据块执行垃圾回收，提高缓存空间利用率的同时，降低缓存与闪存之间频繁更新操作产生的大量无效数据页，减少了垃圾回收操作，从而尽可能降低了由于垃圾回收操作的有效数据页重写与外部新写请求争用总线冲突，降低固态盘写性能抖动。附图说明图1为一种降低固态盘存储系统写性能抖动的缓存方法的步骤示意图；图2为一种降低固态盘存储系统写性能抖动的缓存系统的结构示意图；图3为一种降低固态盘存储系统写性能抖动的缓存系统运行过程的结构示意图；图4为实施例中指纹库匹配的过程示意图；图5为实施例中数据写回闪存的过程示意图。具体实施方式随着大数据应用规模不断增加，数据处理对计算机存储性能提出了更高的需求。基于磁盘的传统存储系统性能较低，已无法满足响应时间要求较高的大数据应用需求。而基于闪存的固态盘被广泛应用到大数据处理的存储系统中。固态盘本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低固态盘存储系统写性能抖动的缓存方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在新写请求到达缓存系统时，将该新写请求数据存储至匹配的缓存簇；S2、基于该新写请求数据生成指纹信息，且将所述指纹信息与目标指纹库进行匹配，并根据匹配结果判断本次新写请求的操作类型；S3、根据本次新写请求的操作类型选择该新写请求数据在其所在缓存簇写回闪存时的处理方式。

【技术特征摘要】
1.一种降低固态盘存储系统写性能抖动的缓存方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在新写请求到达缓存系统时，将该新写请求数据存储至匹配的缓存簇；S2、基于该新写请求数据生成指纹信息，且将所述指纹信息与目标指纹库进行匹配，并根据匹配结果判断本次新写请求的操作类型；S3、根据本次新写请求的操作类型选择该新写请求数据在其所在缓存簇写回闪存时的处理方式。2.根据权利要求1所述的降低固态盘存储系统写性能抖动的缓存方法，其特征在于，步骤S1具体包括：在新写请求到达缓存系统时，根据新写请求的数据页地址在缓存系统中查找是否有存储数据页地址范围包含该新写请求数据页地址的缓存簇，若有，将该新写请求数据存储至该缓存簇中，若没有，在缓存系统中申请一个缓存空间形成缓存簇，且将该新写请求数据存储至该缓存簇中，并在目标指纹库中构建一个目标指纹库单元，且将上述缓存簇对应的闪存数据块中所有数据页指纹信息存储至上述目标指纹库单元。3.根据权利要求1所述的降低固态盘存储系统写性能抖动的缓存方法，其特征在于，步骤S2中，所述目标指纹库包括多个目标指纹库单元，每一个目标指纹库单元内存储有闪存中一个闪存数据块包含的所有数据页的指纹信息。4.根据权利要求3所述的降低固态盘存储系统写性能抖动的缓存方法，其特征在于，步骤S2具体包括：基于该新写请求数据生成指纹信息，并将所述指纹信息与目标指纹库进行匹配，若在目标指纹库中没有找到与该新写请求相同逻辑地址数据页的指纹信息，判定本次新写请求为新写操作，若在目标指纹库中找到与该新写请求相同逻辑地址数据页的指纹信息且两者内容字段指纹信息匹配成功，判定本次新写请求为重复写操作，若在目标指纹库中找到与该新写请求相同逻辑地址数据页的指纹信息且两者内容字段指纹信息匹配不成功，判定本次新写请求为更新操作。5.根据权利要求4所述的降低固态盘存储系统写性能抖动的缓存方法，其特征在于，步骤S3具体包括：根据本次新写请求的操作类型选择该新写请求数据在其所在缓存簇写回闪存时的处理方式：当本次新写请求为新写操作时，在其所在缓存簇写回闪存时，将该新写请求数据随其所在的缓存簇一并写回闪存；当本次新写请求为重复写操作时，在其所在的缓存簇写回闪存时丢弃该新写请求数据；当本次新写请求为更新操作时，将与该新写请求数据所在的缓存簇的更新数据页标志位加一，并将该新写请求数据页对应的原闪存数据页置为无效状态，当其所在缓存簇的更新数据页标志位大于预设阈值时，将该新写请求数据随其所在的缓存簇一并写回闪存。6.一种降低固态盘存储系统写性...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙辉，贾晨，陈国栋，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34