实现用于存储写入高速缓存管理的硬件加速器制造技术

提供了用于实现增强存储适配器写入高速缓存管理的方法和控制器，以及主体控制器电路驻留在其上的设计结构。该控制器包括硬件写入高速缓存引擎，实现用于存储写入高速缓存管理的硬件加速。该控制器以最少的或不需要固件参与的方式管理写入高速缓存数据和元数据，大大提高了性能。

Implementation of a hardware accelerator for storing write cache management

Provides a method and controller for implementing enhanced memory adapter write cache management, and a design structure on which the main controller circuit resides. The controller includes a hardware write cache engine, which implements hardware acceleration for storing write cache management. The controller manages and writes cached data and metadata with minimal or no firmware involvement, which greatly improves performance.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】实现用于存储写入高速缓存管理的硬件加速器
本专利技术总体上涉及数据处理领域，并且更具体地涉及用于实现增强存储适配器写入高速缓存管理的方法和控制器，以及主体控制器电路驻留于其上的设计结构。
技术介绍
存储适配器用于将主计算机系统连接到外围存储I/O设备，如硬盘驱动器，固态驱动器，磁带驱动器，光盘驱动器等。目前，各种高速系统互连将主计算机系统连接到存储适配器，并将存储适配器连接到存储I/O设备，例如快速外设组件互连(PCIe)，串行连接SCSI(SAS)，光纤通道和InfiniBand。存储适配器和存储子系统通常包含写入高速缓存以提高性能。写入高速缓存通常是非易失性的，例如，使用支持闪存的DRAM，用于屏蔽冗余独立磁盘阵列(RAID)(如RAID-5和RAID-6)引入的写入损失。写入高速缓存还可以通过将放置在写入缓存中的多个主机操作合并成单个降级(destage)操作，然后由RAID层和磁盘设备进行处理来提高存储性能。为了冗余，可以将写入高速缓存数据和目录或元数据镜像到第二个或双适配器，其在适配器故障的情况下有利地被利用。在存储子系统中用于高速缓存用户或主机数据的完全关联或其他复杂高速缓存中，通常需要许多CPU周期来更新所需元数据以将数据放入写入高速缓存。此元数据包括高速缓存行(CL)结构，用于快速搜索的散列(hash)表以及用于查找最旧数据的最近最少使用(LRU)队列。元数据用于保持一致性，使高速缓存目录保持非易失性，并使查找数据能够从高速缓存中删除。需要一种用于实现增强的存储写入高速缓存管理的有效方法和控制器。需要提供这样的方法和控制器，其提供硬件加速设计，包括硬件写入高速缓存引擎，其以最少或没有固件参与来管理写入高速缓存数据和元数据以大大提高性能。如在下面的描述和权利要求中所使用的，术语控制器和控制器电路应该被广义地理解为包括输入/输出(IO)适配器(IOA)并且包括连接主计算机系统和外围存储器I/O设备的各种布置的IORAID适配器，外围存储器I/O设备包括硬盘驱动器，固态驱动器，磁带驱动器，光盘驱动器等。如在下面的描述和权利要求中所使用的，术语：基本上不使用固件，具有最小的，最少的或没有固件参与，应该广义地理解为包括由硬件执行的操作和功能，并且可以包括从固件传递或传递给固件的操作或控制。
技术实现思路
本专利技术的主要方面是将提供一种用于实现存储适配器增强的写入高速缓存管理的方法和控制器，以及主体控制器电路驻留于其上的设计结构。本专利技术的其他重要方面是将提供这样的基本上没有负面影响的方法，控制器和设计结构，并且克服了现有技术布置的许多缺点。简而言之，提供了用于实现增强存储适配器写入高速缓存管理的方法和控制器，以及主体控制器电路驻留于其上的设计结构。该控制器包括硬件写入高速缓存引擎，其实现用于存储写入高速缓存管理的硬件加速。该控制器以最少的或不需要固件参与来管理写入高速缓存数据和元数据，大大提高了性能。附图说明本专利技术连同上述和其他目的和优点可以从下面对附图中所示的本专利技术的优选实施例的详细描述中最好地理解，其中：图1A和图1B是分别示出根据优选实施例的具有用于实现存储适配器增强写入高速缓存管理的双控制器和输入/输出(IO)适配器的示例系统的示意图和框图。图2A和2B分别示出了根据优选实施例的用于实现图1A和图1B的存储适配器增强写入高速缓存管理的控制器所包括的示例逻辑块地址(LBA)转换RAID堆栈，在图2A中，写入高速缓存被置于高位的RAID堆栈中，在DynamicTier(EasyTier)，数据条带化和奇偶条带化(RAID)层之上，在阵列ID/阵列LBA的基础上执行高速缓存。图3示出了根据优选实施例的硬件支持的示例读取操作，包括用于实现存储适配器增强写入高速缓存管理的控制器所包括的图2A和2B的示例逻辑块地址(LBA)转换。图4示出了根据优选实施例的硬件支持的示例写入操作，包括用于实现图1A和图1B的存储适配器增强写入高速缓存管理的控制器所包括的图2A和2B的示例逻辑块地址(LBA)转换，写入高速缓存被置于高位的RAID堆栈中，在动态层(DynamicTier)(EasyTier)，数据条带化和奇偶条带化(RAID)层之上。图5示出了根据优选实施例的硬件支持的示例降级操作，包括用于实现存储适配器增强写入高速缓存管理的控制器所包括的图2A和2B的示例逻辑块地址(LBA)转换。图6示出了根据优选实施例的用于实现存储适配器增强写入高速缓存管理的控制器所包括的控制存储(CS)中的示例高速缓存线(CL)结构。图7示出了根据优选实施例的用于实现存储适配器增强写入高速缓存管理的控制器所包括的用于自动镜像到数据存储(DS)的控制存储(CS)中的示例高速缓存行(CL)结构。图8示出了根据优选实施例的用于实现存储适配器增强写入高速缓存管理的控制器所包括的数据存储(DS)中的示例高速缓存行(CL)结构。图9示出了根据优选实施例的用于实现存储适配器增强写入高速缓存管理的控制器所包括的示例本地SAS和远程SAS高速缓存行(CL)控制存储(CS)镜像或SAS镜像删除到数据存储(DS)。图10A和10B示出了根据优选实施例的用于实现存储适配器增强写入高速缓存管理的控制器所包括的硬件中的高速缓存行(CL)状态中的示例事务。图11A和图11B示出了根据优选实施例的用于实现存储适配器增强写入高速缓存管理的控制器所包括的硬件中具有相同阵列ID/LBA的示例高速缓存行(CL)链。图12A，12B，12C和12D分别示出根据优选实施例的用于实现存储适配器增强写入高速缓存管理的控制器所包括的用于写入，非优化或临时写入，读取以及降级操作的硬件引擎中的基于控制框(CB)的示例操作链。图13是示出根据优选实施例的用于实现存储适配器增强写入高速缓存管理的控制器所包括的写入过程的示例操作的流程图。图14示出了根据优选实施例的用于实现存储适配器增强写入高速缓存管理的控制器所包括的具有叠加的快速写入上的示例XOR合并。图15是示出根据优选实施例的用于实现存储适配器增强写入高速缓存管理的控制器所包括的读取处理的示例操作的流程图。图16是示出根据优选实施例的用于实现存储适配器增强写入高速缓存管理的控制器所包括的降级构建处理的示例操作的流程图。图17是示出根据优选实施例的用于实现存储适配器增强写入高速缓存管理的控制器所包括的单个降级处理的示例操作的流程图。图18是示出根据优选实施例的用于实现存储适配器增强写入高速缓存管理的控制器所包括的多个降级处理的示例操作的流程图。图19是示出根据优选实施例的用于实现存储适配器增强写入高速缓存管理的控制器所包括的绕过(BYPASS)处理的示例操作的流程图。图20示出了根据优选实施例的用于实现存储适配器增强写入高速缓存管理的控制器所包括的示例基于寄存器的清除硬件辅助工具包。图21和图22是示出根据优选实施例的用于实现存储适配器增强写入高速缓存管理的控制器所包括的清除引擎处理的示例操作的流程图。图23示出了根据优选实施例的用于实施存储适配器增强写入高速缓存管理的控制器所包括的示例硬件计数器和统计。图24和图25示出了根据优选实施例的用于实现存储适配器增强写入高速缓存管理的控制器所包括的示例CL限制和阈值。图26是示出根据优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数据存储系统，包括：实现用于存储写入高速缓存的存储适配器增强写入高速缓存管理的控制器，包括：实现存储写入高速缓存硬件加速的硬件写入高速缓存引擎；并且所述硬件写入高速缓存引擎基本上不使用固件来管理写入高速缓存数据和元数据。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.09 US 62/252,7491.一种数据存储系统，包括：实现用于存储写入高速缓存的存储适配器增强写入高速缓存管理的控制器，包括：实现存储写入高速缓存硬件加速的硬件写入高速缓存引擎；并且所述硬件写入高速缓存引擎基本上不使用固件来管理写入高速缓存数据和元数据。2.如权利要求1所述的数据存储系统，其中所述硬件写入高速缓存引擎管理写入高速缓存数据和元数据包括在独立驱动器冗余阵列(RAID)堆栈中提供所述存储写入高速缓存，其中基于阵列ID/阵列LBA(逻辑块地址)执行写入高速缓存。3.如权利要求2所述的数据存储系统，其中所述硬件写入高速缓存引擎提供CLs(高速缓存行)的硬件操作。4.如权利要求2所述的数据存储系统，其中所述硬件写入高速缓存引擎在写入操作，读取操作和降级操作期间使用CL(高速缓存行)定义以跟踪CL状态。5.如权利要求1所述的数据存储系统，其中所述硬件写入高速缓存引擎执行向所述存储写入高速缓存的写入，包括所述硬件写入高速缓存引擎从写入高速缓存控制存储(CS)到写入高速缓存数据存储(DS)的镜像。6.根据权利要求5所述的数据存储系统，其中所述硬件写入高速缓存引擎从写入高速缓存控制存储(CS)到写入高速缓存数据存储(DS)的镜像包括在所述控制器中的本地镜像以及到双控制器的远程镜像。7.如权利要求1所述的数据存储系统，其中所述硬件写入高速缓存引擎从所述存储写入高速缓存执行读取，包括来自所述存储写入高速缓存的全部或部分读取命中。8.如权利要求6所述的数据存储系统，其中所述硬件写入高速缓存引擎从所述存储写入高速缓存执行降级，包括所述硬件写入高速缓存引擎使用散列表和最近最少使用(LRU)队列中的一个从所述存储写入高速缓存生成降级操作搜索。9.一种在数据存储系统中实现存储适配器写入高速缓存管理的方法，包括：提供包括硬件写入高速缓存引擎的控制器；提供用于实现存储写入高速缓存硬件加速的所述硬件写入高速缓存引擎；和提供用于基本上不使用固件来管理写入高速缓存数据和元数据的所述硬件写入高速缓存引擎。10.如权利要求9所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：R加尔布雷思，D莫特尔，A格哈德，J爱德华兹，R韦克沃斯，B巴克，G拉达克里什南，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US