[发明专利]基于SSD和磁盘的可靠混合存储系统实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机存储系统领域，具体涉及一种用磁盘作为SSD的备份以实现一种可靠且廉价的基于SSD和磁盘的可靠混合存储系统实现方法。

背景技术

基于闪存的SSD(Solid State Drive，固态盘)是一种新型的大规模存储设备。相比于磁盘，它具有较低的读写延迟；因为其固有的并行性，SSD可提供很高的带宽；另外，它还具有功耗低、质量轻、对工作环境要求较低等优点。总之，SSD有望成为下一代的主流存储设备。但是，目前闪存的价格还很高，相同容量的SSD和磁盘价格相差近十倍，所以SSD当前主要用在高端系统中，或者用作磁盘的缓存。SSD的另一缺陷是寿命有限。闪存的每个存储单元只能承受有限次数的写操作，写操作数目超过这一限制后，该存储单元将变得不可靠，最终可能导致数据丢失。

典型的存储系统包含大量的存储设备，存储设备失效是一种频繁发生的事件，如何利用不可靠的存储设备构建可靠的存储系统是一大挑战。传统的用来提高可靠性的方法包括RAID(Redundant Array of Independent Disks，独立磁盘冗余阵列)技术、备份技术等。

常用的RAID技术包括RAID1、RAID5、RAID6。RAID1将用户数据分块，每块数据在两个不同的存储设备上各写一份，当一个存储设备失效时，可以通过另一个存储设备恢复用户数据。RAID5在写入用户数据时产生校验信息，并将用户数据和校验信息写到不同的存储设备上。当用户数据丢失时，可通过校验信息恢复用户数据。RAID5能容忍一个存储设备失效。RAID6保存更多的校验信息，能容忍两个存储设备同时失效。

备份技术在不同设备上保存用户数据的多个副本，用特定的协议保持这些副本间的一致性，只要有一个副本有效，用户数据就不会丢失。备份技术可看作是松散的RAID1阵列。Google文件系统就是通过备份技术保证可靠性。

但是，以上提到的RAID技术和备份技术都不能直接用到基于SSD的存储系统中。首先，SSD每个存储单元写入的次数有限。RAID技术在每次写操作时都会重新生成校验信息。原则上，生成的校验信息和更新的数据量一样大。所以，响应一个写请求最终写入的数据是实际请求的两倍，这就使SSD的寿命减半。其次，SSD的写延迟较大，而部分RAID技术(如RAID5)的写操作会引发两次读操作和两次写操作，这就更加增加了写操作的延迟。总之，基于SSD的RAID技术既降低SSD的性能，还缩短SSD的寿命。备份技术保存多个副本，需要较多的存储空间，而目前SSD的价格相对较高，只适合用作保证存储性能的高端设备，用它作备份显然过于昂贵。

综上所述，现有技术的存储系统均无法实现既充分发挥SSD的性能优势，同时又能弥补SSD的寿命缺陷。如果设计一种廉价的基于SSD的存储系统，既能充分发挥SSD的性能优势，又能弥补SSD的寿命缺陷，将会极大地推广SSD在大规模存储领域的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种读写性能高且系统可靠性好、不易发生关联故障、使用寿命长、成本低廉的基于SSD和磁盘的可靠混合存储系统实现方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于SSD和磁盘的可靠混合存储系统实现方法，其实施步骤如下：

1)将SSD和磁盘准备就绪，其中磁盘的存储空间大于SSD的存储空间，跳转执行下一步；

2)格式化SSD以及磁盘地址空间，将磁盘的线性地址空间以块为单位划分为数据块和空闲块，所述磁盘上的所有数据块组成一个线性地址空间，与SSD的线性地址空间一一对应；跳转执行下一步；

3)初始化磁盘的磁头位置，跳转执行下一步；

4)接收操作系统发送对SSD的读写请求，跳转执行下一步；

5)判定所述读写请求的请求类型，若请求类型为读请求，则跳转执行步骤6)；若请求类型为写请求，则跳转执行步骤7)；

6)根据读请求的SSD地址从SSD读取数据，返回数据给操作系统，等待在下一个读写请求来到时跳转执行步骤4)；

7)根据写请求的SSD地址将写请求的数据写入SSD，跳转执行下一步；

8)将所述写请求的SSD地址转换成磁盘地址，跳转执行下一步；

9)比较所述磁盘地址与磁盘的磁头当前位置之间的距离，如果所述磁盘地址与磁盘的磁头当前位置之间的距离小于指定阈值，则判定所述磁盘地址与磁盘的磁头当前位置临近，跳转执行步骤10)；否则跳转执行步骤11)；