[发明专利]一种缓存分配方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及存储技术领域，尤其涉及一种存储系统中缓存的分配方法及装置。

背景技术

在存储领域，缓存通常是位于应用程序与物理存储介质（主要指机械磁盘）之间，用于临时存放应用程序数据的内存区域。系统设计中引入缓存的主要目的是为了降低应用程序读写命令的响应延迟，从而提升应用的整体性能。传统意义上缓存通常指一级缓存，比如DRAM Cache，其特点是容量小、价格贵，考虑到DRAM Cache和机械硬盘之间较大的性能差距，于是出现了二级缓存技术。二级缓存的性能低于DRAM Cache，但是容量更大、成本更低。随着SSD（固态硬盘）技术的发展，SSD在存储领域使用的范围越来越广。目前业界的存储系统使用SSD主要有两种方式：作为分级存储介质或二级缓存。

对于SSD作为缓存这种应用，目前常规的设计方案是将SSD作为热点资源池来使用。系统定时检测数据热度，并在后台将热点数据备份到热点资源池中。当应用程序读IO无法在一级缓存中读取到对应数据（因为缓存关闭或未命中）时，可以继续尝试在热点资源池中寻找对应数据，如果热点资源池中已存在该数据的备份，则直接利用备份数据对业务IO提供支持。否则，仍通过读取业务逻辑资源的方式从传统磁盘（HDD）中完成数据读取。

请参考图1所示，对于读数据来说，上述方案一般存在三种可能性：当读取数据A时，由于缓存（也就是一级缓存）中已有该数据的备份，可直接从缓存读取（图中路径1）；如果读取数据B，由于该数据只存在HDD中，则从HDD中读取（图中路径2）；如果读取数据C，由于该数据在HDD和SSD（也就是二级缓存）中都存在，系统优先从SSD中读取（图中读取路径3）。

随着SSD的推广，其成本也在不断下探，目前很多设计中开始使用SSD创建一个或多个SSD RAID（Redundant Arrays of Independent Disks，独立冗余磁盘整列）作为热点资源池，比如RAID1或RAID10等各种级别的RAID。当RAID中一个SSD故障时，可利用传统RAID技术进行RAID重建等数据保护操作。当使用多个SSD RAID构成热点资源池时，多个SSD RAID各自独立，并通过串联的方式构建热点资源池，比如使用3个SSD RAID创建热点资源池，每个SSD RAID的空间是400GB，即热点资源池容量则为1200GB，其中前400GB空间位于SSD RAID1上，中间400GB空间位于SSD RAID2上，最后400GB空间位于SSD RAID3上。

在创建热点资源池后，系统可将整个热点资源池划分为若干定长的热点块，并按照热点资源池中逻辑空间地址LBA（Logical Block Addressing）依次对热点块进行编号。对应上述例子，热点块编号从小到大依次分布在SSD RAID1、SSD RAID2、SSD RAID3上。当系统检测到新的热点数据出现时，按照最小编号规则均衡一个或多个热点块，或者从上一次均衡的热点块的下一个编号开始顺序均衡一个或多个热点块。完成均衡热点块后启动后台拷贝，将热点数据从HDD RAID备份到热点块中，同时在管理上建立对应的映射关系。当所有热点块都被使用后，最新的热点数据无法均衡到空闲热点块，则系统淘汰出数据热度最低的热点块提供给新热点，以此类推。

然而由于应用程序的读IO业务并没有任何规律性，因此当业务持续一段时间后，极有可能出现大量的流向热点资源池的读IO集中在某一个或少数几个SSD RAID上的情况。请参考图2所示，编号为3的SSD RAID的利用率极低。在这样的情况下，一方面，多个SSD RAID上的IO未充分实现并发，无法发挥多个SSD RAID的在IO性能上的优势；另一方面，SSD盘本身的成本通常较高，性价比不高将影响用户的投资回报率，这显然是用户无法接受的。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种缓存分配装置，应用于存储系统中，该存储系统包括作为二级缓存的热点资源池、后端存储资源以及一级缓存；其中所述热点资源池包括多个热点资源区HA，每个HA包括多个热点块HB，该装置包括初级均衡单元、次级均衡单元以及热点调度单元；其中：

初级均衡单元，用于在出现新热点数据时判断热点资源池中是否有空闲HB，如果有则根据预设的初级均衡规则确定目标HA，从目标HA的空闲HB中为新热点数据选择目标HB；如果没有则转次级均衡单元处理；

次级均衡单元，用于根据预设的次级均衡规则从数据热度低于新热点数据的HB中为新热点数据选择目标HB；