存储系统和用于实现存储系统的方法技术方案

公开了一种存储系统和用于实现存储系统的方法，该存储系统包括：包括至少一个固态盘以及至少一个非固态盘的盘阵列；以及存储控制装置，其被配置为：响应于进入清理模式，扫描并移动所述盘阵列中至少一个非固态盘中的数据块，来形成更多连续的空闲块。本发明专利技术的存储系统具有良好的读写性能、较高的数据可靠性和可用性、以及较低的成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机领域，具体涉及一种存储系统以及用于实现存储系统的方法。
技术介绍
存储系统是计算机系统中最重要的部件之一。人们一直希望存储系统具有高速度 (高的IOPS以及高的吞吐率)、高可靠性和低成本。大多数现有的服务器或个人计算机仍然使用硬盘(HDD)作为主要的存储系统。尽管基于HDD的存储系统具有较低的成本，但近年来HDD访问等待时间的改进却远远落后于其容量的改进。高的等待时间将极大地影响IOPS (每秒输入/输出操作数)值。尤其对于随机I/O占优势的工作负荷，例如数据库工作负荷，HDD将成为性能瓶颈。而对于顺序访问占优势的工作负荷，HDD的访问性能较好，例如，目前的单个HDD可获得高达160MB/S的持续性的传输率。与HDD相比，近年来出现的固态盘(SSD)具有较低的随机读取等待时间(SSD的 0. 03ms对HDD的5ms)、较高的读取IOPS (SSD的35000对HDD的200)。尽管起初SSD的容量较小，但近年来也逐渐赶上了 HDD的容量。例如，目前已有一些作为高端产品的2TB的 SSD0 SSD的能耗也低于HDD。然而，SSD具有如下几个缺点一是SDD的成本远高于HDD (以当前市价为例，SSD的$10/GB对HDD的$0. 6/GB)。在SSD中，控制器是极其昂贵的。二是 SSD的每个单元只具有有限的写周期，这会影响其可靠性。尽管引入了几种技术来克服该问题，但它们会增加控制器的成本，并降低IOPS和吞吐率。三是SSD的读写性能是非对称的。 SDD的写等待时间比读等待时间大10倍。这是由于写操作必须首先擦除整个块(每个块大约是0. 5-1MB)，然后将块中原有数据与新数据一起写入该块，这种操作是很慢的。如何使存储系统具有较高的读写性能、可靠性和低成本，是一种重要的问题。目前存在着如下几种解决方案。一是由HDD构成RAID(冗余独立磁盘阵列)，将随机读写分布到若干HDD中，以提高读写性能和可靠性。但这种解决方案的能耗成本较高，数据中心机架空间占用较大，且性能改进有限。二是利用SSD的较低的读等待时间，同时使用在控制器固件中实现的部分占用块合并以及磨损均衡算法(wear-leveling algorithm)来减轻随机写的不利后果，这包括 以大的连续段写数据，在后台合并部分占用块并对空闲块进行垃圾收集，以及避免不断写入一些热点块。然而，经常的后台文件系统扫描来识别部分占用块和空闲块会消耗SSD控制器的相当多带宽。而且，固件很难实现复杂的垃圾收集算法，且成本很高。此外，单个SSD 无法提供高可用性，而SSD阵列又过于昂贵。三是将SSD用于HDD的高速缓存。这种方案没有高可靠性特征，并具有写的不利后果，如写周期有限以及写等待时间较长等。四是组合SSD和HDD，并进行手工数据分区。例如，在GPFS(通用并行文件系统) 中，通过手工分配将元数据存储在SSD上，而将数据存储在HDD上。这种方案不但带来很大的管理负担，而且也无法实现较高的数据读写性能以及数据的高可用性。
技术实现思路
针对现有技术中的缺点，提出了本专利技术的技术方案。根据本专利技术的一个方面，提出了一种存储系统，包括包括至少一个固态盘以及至少一个非固态盘的盘阵列；以及存储控制装置，其被配置为响应于进入清理模式，扫描并移动所述盘阵列中至少一个非固态盘中的数据块，来形成更多连续的空闲块。根据本专利技术的另一个方面，提出了一种用于实现存储系统的方法，其中，所述存储系统包括盘阵列，该盘阵列包括至少一个固态盘以及至少一个非固态盘，该方法包括响应于进入清理模式，扫描并移动所述盘阵列中至少一个非固态盘中的数据块，来形成更多连续的空闲块。本专利技术的优点包括如下几项中的一项或多项存储系统不但通过从固态盘中读数据而获得了良好的读性能，而且通过在清理模式中对非固态盘进行清理来形成更多的连续空闲块，而具有了较好的写性能；通过将数据写入固态盘中以及非固态盘中，提高了数据可靠性和可用性；通过在操作系统的驱动器实现部分占用块的合并以及磨损均衡等功能，提高了固态盘的写入速度和使用寿命，并降低了成本。附图说明所附权利要求中阐述了被认为是本专利技术的特点的创造性特征。但是，通过参照附图阅读下面对说明性实施例的详细说明可更好地理解专利技术本身以及其优选使用模式、目标、特征以及优点，在附图中图1示出了根据本专利技术的实施例的存储系统；图2示出了根据本专利技术的一种实施例的用于实现存储系统的方法；以及图3示出了根据本专利技术的另一种实施例的用于实现存储系统的方法。具体实施例方式下面参照附图来说明本专利技术的实施例。在下面的说明中，阐述了许多具体细节以便更全面地了解本专利技术。但是，对于本
内的技术人员明显的是，本专利技术的实现可不具有这些具体细节中的一些。此外，应当理解的是，本专利技术并不限于所介绍的特定实施例。 相反，可以考虑用下面的特征和要素的任意组合来实施本专利技术，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，下面的方面、特征、实施例和优点仅作说明之用而不应被看作是所附权利要求的要素或限定，除非权利要求中明确提出。现参照图1，其示出了根据本专利技术的一实施例的存储系统。如图所示，该存储系统包括盘阵列110，该盘阵列110包括至少一个固态盘111以及至少一个非固态盘112 ；以及存储控制装置120，该存储控制装置被配置为响应于进入清理模式，扫描并移动所述盘阵列中至少一个非固态盘中的数据块，来形成更多(即与扫描和移动之前相比更多)连续的空闲块。所述非固态盘112是指对于随机读写会导致寻道延时、而顺序写时的速度较高 (例如，接近于固态盘的写速度)的存储介质。典型的例子是硬盘(HDD)，其通过在盘片转动时，在道(track)和扇区(sector)上移动磁头来读写数据，因此，在随机读写时，会导致寻道延时；而当顺序写时，则可节省寻道延时。另外的例子是一些可擦写的⑶、DVD等光学盘片以及磁光盘，且其顺序写的速度较高，并接近于SSD。尽管图中仅示出了一个固态盘111和一个非固态盘112，但本专利技术并不仅限于此。 根据本专利技术的实施例的存储系统的盘阵列110也可以包括多个固态盘111和一个非固态盘 112 (可称为N+1模式)，或者包括一个固态盘111和多个非固态盘112 (可称为1+M模式)， 或者包括多个固态盘111和多个非固态盘112(可称为N+M模式)。下面首先以存储系统的盘阵列110包括一个固态盘111和一个非固态盘112为例来说明本专利技术的实施例。在本专利技术的优选实施例中，所述存储控制装置120是由操作系统(OS)中的设备驱动器实现的。在本专利技术的其他实施例中，所述存储控制装置120也可以由其他装置或功能模块来实现，例如，可以由盘阵列110的控制器来实现。尽管在本专利技术的优选实施例中，所述存储控制装置120的全部功能是由软件实现的，但在本专利技术的其他实施例中，所述存储控制装置120的全部或部分功能也可由固件或硬件来实现。存储控制装置120用于接收通过文件系统来自上层应用的存储器操作请求，通过对盘阵列110进行相应操作来处理存储器操作请求，并向上层应用返回处理结果。根据本专利技术的一种实施例，所述存储控制装置120还被配置为响应于进入读模式，从所述固态盘111读取相应数据；以及响应于进入写模式，向所述固态盘111以及所述非固态盘112本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种存储系统，包括：包括至少一个固态盘以及至少一个非固态盘的盘阵列；以及存储控制装置，其被配置为：响应于进入清理模式，扫描并移动所述盘阵列中至少一个非固态盘中的数据块，来形成更多连续的空闲块。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵邑新，张海勇，韩竹，王海川，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US