[发明专利]将闪存高速缓存集成到大型存储系统

说明书

技术领域

本发明涉及存储系统，更具体地说，涉及将基于闪存的高速缓存集成到大型存储系统。

背景技术

基于闪存的固态驱动器（“SSD”）的出现彻底改变了从笔记本电脑到企业存储系统的主存储计算机架构。基于闪存的SSD提供的随机I/O性能和访问延迟优于旋转硬盘驱动器（“HDD”）几个数量级。此外，基于闪存的SSD显著降低了功耗。

基于闪存的存储器扩展卡成为用于存储器扩展和改进的工具，即使在网络环境中也是如此。通常，使用快速外围组件互连（PCI-e）插槽直接将这些扩展卡放置到主机中，从而将这些卡放置在更靠近主机的处理器的位置，而不是更靠近由主机通过网络访问的存储盘的位置。将扩展卡放置得更靠近处理器可防止来自盘阵列控制器和网络协议的额外延迟。

即使基于闪存的SSD和基于闪存的存储器扩展卡提供的随机输入/输出（I/O）性能和访问延迟优于HDD几个数量级，但随机读取/写入I/O性能在很大程度上取决于与设备关联的固态存储控制器的架构。例如，如所指出的，基于闪存的SSD的读取和写入延迟通常比HDD低两个数量级，但在诸如使用HDD进行存储的企业存储系统之类的大型存储系统中，动态随机存取存储器（DRAM）高速缓存的延迟仍然优于基于闪存的SSD两个数量级。

就每秒I/O操作数（“IOPS”）和延迟而言，整体系统性能不仅取决于固态存储器控制器的内部架构，而且还在很大程度上取决于整体系统架构，例如基于闪存的存储器扩展如何集成到系统以及提供哪些接口。

图1是示出根据现有技术的常规存储系统100的一个实施例的示意性方块图。系统100包括多个I/O机柜（enclosure）102a-n，它们在一个或多个主机104a-n与一个或多个存储设备106a-n之间提供接口。存储设备106a-n可以容纳在机柜（例如容纳一个或多个HDD的盘机柜）中。

如在此使用的，I/O机柜指容纳各种I/O适配器和连接性设备以在I/O存储单元处理器与I/O适配器之间提供通信的设备。通常，I/O机柜102a-n成对安装以提供冗余保护。包含在I/O机柜中的I/O适配器通常是主机适配器108a-n或设备适配器110a-n。I/O机柜具有多个可用插槽，主机适配器108a-n或设备适配器110a-n可以附接到这些插槽。然而，在许多情况下，I/O机柜保留几个空置插槽（open slot）以用于扩展或其他用途。

主机适配器108a-n是在主机104a-n与I/O机柜102a-n之间提供连接性的适配器。主机104a-n通常跨网络112连接到主机适配器108a-n，网络112包括诸如路由器、交换机之类的各种设备。主机104a-n通常使用诸如光纤通道、光纤连接性（FICON）、企业系统连接（ESCON）之类的网络技术或本领域技术人员知道的其他连接性协议连接到主机适配器108a-n。设备适配器110a-n是在设备（例如存储设备106a-n）与I/O机柜102a-n之间提供连接性的设备。在一个实施例中，设备适配器110a-n可以是光纤通道仲裁环（FC-AL）设备适配器。在一个典型实施例中，每个设备适配器110a-n可以连接到为存储设备106a-n提供通信的两个单独交换网络。当设备适配器110a-n连接到存储设备106a-n时，它可以使用交换连接通过最短可能路径传输数据。

通过一个或多个处理器复合体114a-b促进系统100的各种组件之间的通信。在以典型企业存储系统实现的通用架构中，使用两个处理器复合体114a-b提高可靠性并改进性能。处理器复合体114a-b通常连接到每个I/O机柜102a-n并包括在主机适配器108a-n与设备适配器110a-n之间提供通信所必需的逻辑，从而使连接到主机适配器108a-n的主机104a-n能够经由设备适配器110a-n访问存储设备106a-n。处理器复合体114a-n在此也可以称为中央电子设备复合体（CEC）。

在常规系统中，处理器复合体通常包括诸如DRAM 116a-b之类的易失性存储器以及称为非易失性存储装置（NVS）118a-b的非易失性存储器，非易失性存储器通常被配置为带后备电源的DRAM。处理器复合体的存储器116、118通常用于缓存与通过系统100处理的数据请求关联的数据。