[发明专利]一种支持固态盘缓存动态分配的混合存储系统和方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机存储技术领域，具体涉及一种支持固态盘缓存动态分配的混合存储系统和方法，上述系统可以根据应用的负载特征和性能需求，动态地分配和调整每个应用的固态盘缓存空间大小以满足应用延迟需求，并优化混合存储系统的整体性能。

背景技术

鉴于固态盘和磁盘在价格、容量、寿命等方面具有各自的优势，数据中心越来越倾向于用固态盘和磁盘构建大容量、高性能和低价格的混合存储系统。由于固态盘的容量和价格介于磁盘和内存之间，因此，大量混合存储系统将固态盘用作磁盘的缓存，其中最典型的代表当属Facebook公司的Flashcache内核模块，Flashcache采用固态盘作为磁盘的缓存，加速数据库MySQL的访问性能，以弥补传统磁盘随机读写的性能缺陷。

然而，在大规模数据服务中心，大量的并发应用共享存储系统，相互竞争固态盘缓存资源，应用之间的相互干扰会破坏每个应用内部的访问局部性，降低了固态盘缓存命中率。同时，在上述混合存储系统中，固态盘作为磁盘的缓存资源，可以加速每个应用的访问性能，从而向应用提供更优质的服务，因此，每个应用所获得的固态盘存储容量将直接影响其最终访问性能，盲目的固态盘缓存竞争可能导致应用的性能无法得到保证。同时，在数据服务中心环境下，不同的应用具有不同的服务质量需求，比如，在线事务处理和游戏要求比较低的响应延迟，而多媒体应用则属于软实时应用，备份等应用则对延迟没有明显的限制，因此，数据中心需要优化存储系统的整体性能，并同时根据应用的性能需求提供区分的存储服务。尽管相对于内存资源，固态盘的容量更大，价格更便宜，但对于海量的数据而言，固态盘的容量仍然不过是沧海一粟。因此，为应用分配的固态盘缓存资源大小不仅直接影响着应用的服务质量，也会影响到存储系统的整体性能。

因此，在基于固态盘和磁盘的混合存储系统中，如何根据应用的性能需求和负载特征的动态变化，设计出一种固态盘缓存动态分配的方法，从而在满足应用对数据访问性能需求的同时，提高存储系统的整体性能，是数据服务中心目前亟需解决的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种支持固态盘缓存动态分配的混合存储系统，可以根据应用的负载特征和性能需求动态地分配固态盘缓存空间，从而向并发应用提供区分的存储服务质量保证，并提高了固态盘缓存空间利用效率，极大地提高了混合存储系统的整体性能。

本发明公布了一种混合存储系统，包括一块或多块固态盘组成的固态盘阵列设备、一块或多块磁盘组成的磁盘阵列以及固态盘缓存管理模块。所述混合存储系统对于操作系统或应用程序展现为统一的逻辑存储设备，所述固态盘与磁盘通过控制器与计算机系统总线相连。在上述混合存储系统中，固态盘用作磁盘的缓存，用以加速应用的访问与降低请求的响应时间，而固态盘缓存管理模块则负责固态盘缓存管理及空间分配，并向上层应用提供区分的存储服务质量保障。

本发明的主要原理为：在上述基于固态盘与磁盘的混合存储系统中，通过管理和分配每个应用所获得的固态盘缓存空间大小可以实现基于应用级别的区分存储服务。固态盘缓存管理模块可以根据应用的优先级和性能需求，对关键的应用分配更多的固态盘资源，从而使得不同优先级的应用可以使用的固态盘缓存空间大小不同。同时，可以根据应用负载特征变化和固态盘利用效率动态地调整每个应用所获得的固态盘空间大小，从而避免固态盘空间浪费并提高了存储系统的整体性能。

本发明是通过如下方式实现的，固态盘缓存管理模块通过实时记录应用的历史缓存空间分配情况和命中率，以及应用的I/O负载特征和平均延迟，根据历史统计信息，并采用多元回归方法，动态地提取和建立应用访问性能与固态盘缓存分配之间的关系模型。根据应用的性能模型，固态盘缓存管理模块可以确定满足应用性能所需要的最小固态盘缓存大小，并将分配给应用的固态盘缓存进一步划分为读缓存和写缓存。同时，鉴于不同应用的缓存利用效率不同，固态盘缓存管理模块将空闲固态盘空间按不同应用的缓存利用效率分配给应用以提高混合存储系统的整体性能。

为了实现上述目的，本发明提出了一种支持固态盘缓存动态分配的混合存储系统，所述系统包括：

一块或多块固态盘组成的固态盘阵列、一块或多块磁盘组成的磁盘阵列以及固态盘缓存管理模块；

其中所述混合存储系统对于操作系统或应用程序展现为统一的逻辑设备，所述固态盘与磁盘通过控制器与计算机系统总线相连，其中所述固态盘作为所述磁盘的缓存；