[发明专利]存储器、固态缓存系统及缓存数据处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数据存储技术领域，特别是涉及一种利用固态存储作为缓存的存储器、数据缓存的固态缓存系统及缓存数据的数据处理方法。

背景技术

随着计算机存储技术的发展，由于传统的存储设备通过机械转动存储，无法突破机械系统的性能瓶颈，使得传统的存储设备的性能无法获得提高，进而影响到整个计算机的性能。

固态存储器(Solid State Disk，SSD)是摒弃传统的磁介质，采用电子存储介质进行数据存储和读取的一种技术。由于突破了传统机械硬盘的性能瓶颈，因而拥有极高的存储性能，在一些军用系统、高性能计算研究领域有突出的应用表现，被认为是下一代存储行业的技术革新，具有在存储行业领域内开拓新格局的潜力。

固态存储包括基于RAM介质(内存介质)的固态存储和基于Flash介质的固态存储。

但由于对固态存储技术的稳定性的顾虑，以及缺乏对固态存储系统的体系、包括硬件、软件和应用方面的研究，固态存储技术的应用一直处于相对简单的阶段，大多数情况下，固态存储系统(如固态硬盘)被作为传统硬盘的直接高性能替代品，在这种情况下对固态存储系统的不当使用，造成了性能，可靠性方面的问题，使得固态存储的潜能无法完全发挥。

近年来，各大传统存储厂家，开始对固态存储技术进行研究并推出应用固态存储的系统，如Oracle和Sun Microsystems合作的Exadata系统，其是一种基于闪存(Flash)的固态存储技术，透明化、动态化把经常访问的数据移到固态存储上，解决了数据库访问的瓶颈。Dataram 2009年推出的XcelaSAN存储优化器，采用固态硬盘做块层(BlockLevel)动态缓存。

中国专利申请200610107496.8公开一种混合式存储设备，具有两个存储区域，即盘和非易失性固态存储器。该盘和存储器各自具有盘高速缓存区域、系统区域、以及用户区域。如果从主机设备传输数据，则对于第一超簇，将数据写入到可以高速存取的非易失性固态存储器的高速缓存区域内。在如此写入数据时，将头移动到规定位置。将头移动到该位置之后到达的任何数据被写入到高速缓存区域内。

这些系统都是采用少量固态存储，以传统硬盘为主的混合存储系统(Hybrid StorageSystem)。这种分层的存储系统架构，在提高性能的同时，也较好地控制了成本。

然而，现有技术也显示出固态存储技术的应用还处于初级阶段，缺乏关键技术，大大限制了当前固态存储技术应用的深度和广度。具体表现在：

1)对固态存储的写操作没有很好实现优化。写操作的问题主要在于写放大(Writeamplification)和块(Block)的不均衡磨损的问题，尤其是在频繁写小量数据的情况下。

2)由于没有好的固态存储系统技术，固态存储的稳定性成为现有固态存储系统的很大的弱点。现有技术的方案是通过使用写寿命较长的基于单级存储单元(SLC)闪存的固态存储来减轻这个问题，或是通过大量使用NVRAM多一层缓存。这样做，不仅不能根本解决固态存储系统的稳定性问题，也造成成本提高，严重影响了产品的性价比。

发明内容

本发明的目的在于提供一种存储器、固态缓存系统和缓存数据处理方法。其最大幅度在存储系统中利用固态存储的优异性能。

为实现本发明目的而提供的一种存储器，包括存储控制器，主存储器，还包括在所述存储控制器和所述主存储器之间对数据进行缓存的固态缓存系统；

所述固态缓存系统包括至少一以固态存储器作为缓存器的固态缓存器；

固态缓存系统使用环型架构作为写缓存的架构，对缓存的数据块和相应的元数据进行读写操作。

较优地，所述固态缓存系统还包括统计模块，压缩模块，重组模块和刷新模块，其中：

所述统计模块，用于在对缓存的数据块和相应的元数据进行读写操作时，对所述固态缓存器缓存频率列表进行统计；

所述压缩模块，用于在对缓存的数据块和相应的元数据进行读写操作时，对所述固态缓存器的缓存的数据块数据进行压缩；

所述重组模块，用于将所述固态缓存器的缓存数据重组到边界对齐；

所述刷新模块，用于对元数据进行刷新；

所述重组模块对所述压缩模块压缩后的数据或未压缩的数据进行重组，将缓存数据重组到边界对齐，在每次积累到一个数据块时，再进行写操作；

在所述重组模块对所述压缩模块的压缩数据进行重组的过程中，所述刷新模块对对元数据进行刷新。

为实现在发明目的还提供一种固态缓存系统，包括至少一以固态存储器作为缓存器的固态缓存器；