[发明专利]一种高速缓存数据结构管理方法、系统、存储介质及设备

说明书

本发明提供了一种高速缓存数据结构管理方法、系统、存储介质及设备，方法包括：基于设备允许的外挂盘数在存储空间中分配高速缓存区域并建立多个CL；响应于写操作命令，解析该写操作命令中的LBA，并基于该LBA以及相应的CL的状态在相应的CL上执行写操作或者将该CL挂载为冲突或者将该高速缓存区域中的数据落盘并在相应的CL上执行写操作；响应于读操作命令，解析该读操作命令中的LBA，并基于该LBA以及相应的CL的数据从相应的CL上读取或者将相应的CL的数据落盘至硬盘上并从该硬盘中读取或者从该硬盘中读取；响应于落盘操作命令，将该高速缓存区域中的全部或部分高速缓存行中的数据落盘至硬盘上。方法在顺序读写的场景下明显提升性能；实现了Cache的条带管理。

技术领域

本发明涉及计算机领域，尤其涉及数据存储领域，具体涉及一种高速缓存数据结构管理方法、系统、存储介质及设备。

背景技术

在计算机领域的存储系统性能的改进的研究中，输入/输出瓶颈问题是需要解决的一个重要方面。对此，磁盘阵列技术(RAID)是解决该问题的有效方法之一。而在众多用于提高磁盘阵列性能的方法中，Cache(高速缓存)技术是其中一个重要的方法。

Cache最早用于解决CPU在访问主存(SDRAM、DDR等存储器)时，由于主存的读写速度较慢，严重影响了cpu的执行效率的问题，即在主存与CPU之间增加了读写速度较快的Cache，用来缓存主存的部分内容，以提高CPU的执行效率。

在存储领域，特别是在采用SAS/SCSI等接口协议的设备上，访问速度成为了存储的瓶颈。为了实现性能与成本的平衡，一般会将数据首先缓存在DDR上，当达到某些条件后，才会将数据进行落盘。这种缓存在DDR上的操作称为Cache过程。采用这种方式，极大的降低了主机访问盘的时延。

同时，由于Cache的存在，在进行RAID(磁盘阵列)计算时，若数据均缓存在Cache中，那么将极大的减少了与磁盘的交互操作，有效的降低系统的延迟，提高系统的性能。

然而，现有的RAID(磁盘阵列)系统中，现有的Cache技术在某些数据存储情况不利的情况下容易造成污染Cache的程度较高、对写/读操作类型判断不够全面、精准程度不足够等一些问题。同时，在RAID系统中，有趣其必须指出磁盘故障容忍功能的复杂实现，RAID控制器通常无法利用磁盘的最大性能。此外，为了保证RAID系统在磁盘出现故障(退出模式)时无丢失地读取数据，需要大量的开销，因而系统在正常模式和退出模式下均会导致性能的下降。

因此，针对现有技术中的上述缺点、问题，需要提出一种RAID系统的优化的高速缓存的模式，降低Cache污染、尽可能最大化磁盘性能、降低故障时的开销以维持系统性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种用于RAID系统的改进的高速缓存数据结构管理方法、系统、存储介质及设备，从而解决现有技术中Cache污染较高、无法利用磁盘的最大性能、故障时的开销过大而导致系统性能下降等问题。

基于上述目的，一方面，本发明提供了一种高速缓存数据结构管理方法，其中该方法包括以下步骤：

基于设备允许的外挂盘数在存储空间中分配高速缓存区域并建立多个高速缓存行；

响应于写操作命令，解析该写操作命令中的LBA，并基于该LBA以及相应的高速缓存行的状态在相应的高速缓存行上执行写操作或者将该高速缓存行挂载为冲突或者将该高速缓存区域中的数据落盘并在相应的高速缓存行上执行写操作；

响应于读操作命令，解析该读操作命令中的LBA，并基于该LBA以及相应的高速缓存行的数据从相应的高速缓存行上读取或者将相应的高速缓存行的数据落盘至硬盘上并从该硬盘中读取或者从该硬盘中读取；

响应于落盘操作命令，将该高速缓存区域中的全部或部分高速缓存行中的数据落盘至硬盘上。