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CN102779098B - 混合缓存的协同式自适应预取方法、装置和系统 - Google Patents

混合缓存的协同式自适应预取方法、装置和系统 Download PDF

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CN102779098B CN201210195811.2A CN201210195811A CN102779098B CN 102779098 B CN102779098 B CN 102779098B CN 201210195811 A CN201210195811 A CN 201210195811A CN 102779098 B CN102779098 B CN 102779098B
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Abstract

本发明公开了一种混合缓存的协同式自适应预取方法、中间件和系统，其方法包括步骤：协同式自适应预取CAP中间件判定预取数据请求到达；判断动态随机存取存储器DRAM中是否发生抖动；如果否，则将所述预取数据请求存储至所述DRAM中；如果是，则将所述预取数据请求存储至固态硬盘SSD中。本发明将DRAM和SSD组成两层混合缓存，采用协同式自适应预取机制，通过CAP中间件对预取数据请求的存储做调整，动态调整DRAM和SSD中的预取行为，提高系统的整体吞吐量，减少对SSD的写次数，从而延长SSD的使用寿命。<!--1-->

Description

混合缓存的协同式自适应预取方法、装置和系统
技术领域
本发明涉及到计算机数据存储技术领域，特别涉及到混合缓存的协同式自适应预取方法、装置和系统。
背景技术
在计算机数据存储时，由于Flash本身具有读写不对称的问题，特别是随机写速度表现不如人意，利用基于Flash的SSD来缓存和预取大量的顺序数据流，可能会造成SSD上产生大量的写操作，甚至产生严重的交织随机读写情况，在最坏的情况下不仅不能节能，还会引起系统性能的下降，导致SSD寿命降低。
发明内容
本发明的主要目的为提供一种减少SSD写次数、延长SSD使用寿命的混合缓存的协同式自适应预取方法、装置和系统。
本发明提出一种混合缓存的协同式自适应预取方法，包括步骤：
协同式自适应预取CAP装置判定预取数据请求到达；
判断动态随机存取存储器DRAM中是否发生抖动；
如果否，则将所述预取数据请求存储至所述DRAM中；
如果是，则将所述预取数据请求存储至固态硬盘SSD中。
优选地，所述将预取数据请求存储至所述DRAM中的步骤之后还包括：
将所述预取数据请求中的顺序流数据的地址指针存储至所述DRAM的顺序链表中；将所述预取数据请求中的随机流数据的地址指针存储至所述DRAM的随机链表中。
优选地，所述将预取数据请求存储至固态硬盘SSD中的步骤之后还包括：
将所述预取数据请求中的顺序流数据的地址指针存储至所述SSD的顺序链表中；将所述预取数据请求中的随机流数据的地址指针存储至所述SSD的随机链表中。
优选地，所述混合缓存的协同式自适应预取方法，还包括步骤：
将所述预取数据请求的顺序流数据中访问频率超过预设频率阈值的数据作为热点数据，存储至所述SSD中，并将所述热点数据的地址指针存储至所述SSD的随机链表中。
本发明还提出一种混合缓存的协同式自适应预取装置，包括：
请求判定模块，用于判定预取数据请求到达；
抖动判断模块，用于判断动态随机存取存储器DRAM中是否发生抖动；
DRAM数据存储模块，用于在所述DRAM未发生抖动时，将所述预取数据请求存储至所述DRAM中；
SSD数据存储模块，用于在所述DRAM发生抖动时，将所述预取数据请求存储至固态硬盘SSD中。
优选地，所述混合缓存的协同式自适应预取装置，还包括：
DRAM地址存储模块，用于在所述DRAM未发生抖动时，将所述预取数据请求中的顺序流数据的地址指针存储至所述DRAM的顺序链表中；将所述预取数据请求中的随机流数据的地址指针存储至所述DRAM的随机链表中。
优选地，所述混合缓存的协同式自适应预取装置，还包括：
SSD地址存储模块，用于在所述DRAM发生抖动时，将所述预取数据请求中的顺序流数据的地址指针存储至所述SSD的顺序链表中；将所述预取数据请求中的随机流数据的地址指针存储至所述SSD的随机链表中。
优选地，所述混合缓存的协同式自适应预取装置，还包括：
热点数据存储模块，用于将所述预取数据请求的顺序流数据中访问频率超过预设频率阈值的数据作为热点数据，存储至所述SSD中；
热点地址存储模块，用于将所述热点数据的地址指针存储至所述SSD的随机链表中。
本发明还提出一种混合缓存的协同式自适应预取系统，包括混合缓存的协同式自适应预取装置，所述混合缓存的协同式自适应预取装置包括：
请求判定模块，用于判定预取数据请求到达；
抖动判断模块，用于判断动态随机存取存储器DRAM中是否发生抖动；
DRAM数据存储模块，用于在所述DRAM未发生抖动时，将所述预取数据请求存储至所述DRAM中；
SSD数据存储模块，用于在所述DRAM发生抖动时，将所述预取数据请求存储至固态硬盘SSD中；
所述混合缓存的协同式自适应预取系统还包括：
动态随机存取存储器DRAM，用于在所述DRAM未发生抖动时，存储所述预取数据请求；
固态硬盘SSD，用于在所述DRAM发生抖动时，存储所述预取数据请求。
优选地，所述DRAM包括顺序链表和随机链表；
所述DRAM的顺序链表，用于在所述DRAM未发生抖动时，存储所述预取数据请求中的顺序流数据的地址指针；
所述DRAM的随机链表，用于在所述DRAM未发生抖动时，存储所述预取数据请求中的随机流数据的地址指针。
优选地，所述SSD包括顺序链表和随机链表；
所述SSD的顺序链表，用于在所述DRAM发生抖动时，存储所述预取数据请求中的顺序流数据的地址指针；
所述SSD的随机链表，用于在所述DRAM发生抖动时，存储所述预取数据请求中的随机流数据的地址指针。
优选地，所述SSD还用于存储热点数据，所述热点数据为所述预取数据请求的顺序流数据中访问频率超过预设频率阈值的数据；
所述SSD的随机链表还用于存储所述热点数据的地址指针。
本发明将DRAM和SSD组成两层混合缓存，采用协同式自适应预取机制，通过CAP装置对预取数据请求的存储做调整，动态调整DRAM和SSD中的预取行为，提高系统的整体吞吐量，减少对SSD的写次数，从而延长SSD的使用寿命。
附图说明
图1为本发明第一实施例中混合缓存的协同式自适应预取方法步骤流程图；
图2为本发明第二实施例中混合缓存的协同式自适应预取方法步骤流程图；
图3为本发明第二实施例中混合缓存的协同式自适应预取方法的预取示意图；
图4为本发明第三实施例中混合缓存的协同式自适应预取方法步骤流程图；
图5为本发明第五实施例中混合缓存的协同式自适应预取装置的结构示意图；
图6为本发明第六实施例中混合缓存的协同式自适应预取装置的结构示意图；
图7为本发明第七实施例中混合缓存的协同式自适应预取装置的结构示意图；
图8为本发明第八实施例中混合缓存的协同式自适应预取系统的结构示意图；
图9为本发明第九实施例中混合缓存的协同式自适应预取系统的结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，图1为本发明第一实施例中混合缓存的协同式自适应预取方法步骤流程图，该实施例提到的混合缓存的协同式自适应预取方法，包括：
步骤S101，协同式自适应预取CAP装置判定预取数据请求到达；
到达的数据请求中，每一个数据流都由元数据信息和请求组成，元数据信息主要为数据流到达速率变化、预读长度、顺序性、命中率等信息。
步骤S102，判断动态随机存取存储器DRAM中是否发生抖动；如果否，则执行步骤S103；如果是，则执行步骤S104；
步骤S103，将预取数据请求存储至DRAM中；
步骤S104，将预取数据请求存储至固态硬盘SSD中。
所有的数据请求都经过协同式自适应预取CAP(CoordinatedAndself-Adaptive)装置进行处理，调整DRAM和SSD中的预取和缓存，以适应负载的变化。本实施例将DRAM和SSD组成两层混合缓存，采用协同式自适应预取机制，通过CAP装置对预取数据请求的存储做调整，动态调整DRAM和SSD中的预取行为，提高系统的整体吞吐量，减少对SSD的写次数，从而延长SSD的使用寿命。
如图2和图3所示，图2为本发明第二实施例中混合缓存的协同式自适应预取方法步骤流程图；图3为本发明第二实施例中混合缓存的协同式自适应预取方法的预取示意图。
步骤S201，协同式自适应预取CAP装置判定预取数据请求到达；
步骤S202，判断动态随机存取存储器DRAM中是否发生抖动；如果否，则执行步骤S203；如果是，则执行步骤S205；
步骤S203，将预取数据请求存储至DRAM中；
步骤S204，将预取数据请求中的顺序流数据的地址指针存储至DRAM的顺序链表中；将预取数据请求中的随机流数据的地址指针存储至DRAM的随机链表中；
步骤S205，将预取数据请求存储至固态硬盘SSD中；
步骤S206，将预取数据请求中的顺序流数据的地址指针存储至SSD的顺序链表中；将预取数据请求中的随机流数据的地址指针存储至SSD的随机链表中。
到达的数据请求分成顺序流和随机流两种。对于缓存中的顺序页面和随机页面，一般使用不同链表(如SARC)或者使用不同指针(如DULO)来区分。本实施例中对DRAM和SSD的顺序页面和随机页面分别采用两条链表的方式来区分。SRAM和RRAM分别是DRAM中的顺序链和随机链。SSSD和RSSD分别是指的SSD中顺序链和随机链。所有顺序流和随机流的请求首先经过CAP装置进行处理，通过CAP装置在预取数据请求中提取出顺序流信息，动态调整DRAM和SSD中的预取行为，提高系统的整体吞吐量，减少对SSD的写次数，从而延长SSD的使用寿命。
如图4所示，图4为本发明第三实施例中混合缓存的协同式自适应预取方法步骤流程图。
步骤S301，协同式自适应预取CAP装置判定预取数据请求到达；
步骤S302，判断动态随机存取存储器DRAM中是否发生抖动；如果否，则执行步骤S303；如果是，则执行步骤S305；
步骤S303，将预取数据请求存储至DRAM中；
步骤S304，将预取数据请求中的顺序流数据的地址指针存储至DRAM的顺序链表中；将预取数据请求中的随机流数据的地址指针存储至DRAM的随机链表中；
步骤S305，将预取数据请求存储至固态硬盘SSD中；
步骤S306，将预取数据请求中的顺序流数据的地址指针存储至SSD的顺序链表中；将预取数据请求中的随机流数据的地址指针存储至SSD的随机链表中。
步骤S307，将预取数据请求的顺序流数据中访问频率超过预设频率阈值的数据作为热点数据，存储至SSD中，并将热点数据的地址指针存储至SSD的随机链表中。
因为SSD对随机写数据较为敏感，为了减少对SSD的写次数，采用类似SieveStore的热点数据筛选策略，将访问频繁较高的数据写入到SSD中的随机链RSSD中保存，或在预取的顺序流数据中，如果数据访问达到预设频率阈值，则会被移至随机链SSD上。例如在视频点播中，当检测到某些视频文件被频繁点播时，而在DRAM中不能完成存储，则将整个文件存入到SSD中，从而使其能满足多个用户的快速随机点播。本实施例将热点数据存储到SSD中，可有效减少SSD的写次数，延长SSD的使用寿命。
如图5所示，图5为本发明第五实施例中混合缓存的协同式自适应预取装置的结构示意图，该实施例提及的混合缓存的协同式自适应预取装置100，包括：
请求判定模块110，用于判定预取数据请求到达；
抖动判断模块120，用于判断动态随机存取存储器DRAM中是否发生抖动；
DRAM数据存储模块130，用于在DRAM未发生抖动时，将预取数据请求存储至DRAM中；
SSD数据存储模块140，用于在DRAM发生抖动时，将预取数据请求存储至固态硬盘SSD中。
本实施例的到达的数据请求中，每一个数据流都由元数据信息和请求组成，元数据信息主要为数据流到达速率变化、预读长度、顺序性、命中率等信息。所有的数据请求都经过CAP装置100进行处理，调整DRAM和SSD中的预取和缓存，以适应负载的变化。本实施例将DRAM和SSD组成两层混合缓存，采用协同式自适应预取机制，通过CAP装置100对预取数据请求的存储做调整，动态调整DRAM和SSD中的预取行为，提高系统的整体吞吐量，减少对SSD的写次数，从而延长SSD的使用寿命。
如图6所示，图6为本发明第六实施例中混合缓存的协同式自适应预取装置的结构示意图，混合缓存的协同式自适应预取装置100还包括：
DRAM地址存储模块150，用于在DRAM未发生抖动时，将预取数据请求中的顺序流数据的地址指针存储至DRAM的顺序链表中；将预取数据请求中的随机流数据的地址指针存储至DRAM的随机链表中。
SSD地址存储模块160，用于在DRAM发生抖动时，将预取数据请求中的顺序流数据的地址指针存储至SSD的顺序链表中；将预取数据请求中的随机流数据的地址指针存储至SSD的随机链表中。
本实施例中，到达的数据请求分成顺序流和随机流两种。对于缓存中的顺序页面和随机页面，一般使用不同链表(如SARC)或者使用不同指针(如DULO)来区分。本实施例中对DRAM和SSD的顺序页面和随机页面分别采用两条链表的方式来区分。SRAM和RRAM分别是DRAM中的顺序链和随机链。SSSD和RSSD分别是指的SSD中顺序链和随机链。所有顺序流和随机流的请求首先经过CAP装置100进行处理，通过CAP装置100在预取数据请求中提取出顺序流信息，动态调整DRAM和SSD中的预取行为，提高系统的整体吞吐量，减少对SSD的写次数，从而延长SSD的使用寿命。
如图7所示，图7为本发明第七实施例中混合缓存的协同式自适应预取装置的结构示意图，混合缓存的协同式自适应预取装置100还包括：
热点数据存储模块170，用于将预取数据请求的顺序流数据中访问频率超过预设频率阈值的数据作为热点数据，存储至SSD中；
热点地址存储模块180，用于将热点数据的地址指针存储至SSD的随机链表中。
本实施例中，因为SSD对随机写数据较为敏感，为了减少对SSD的写次数，采用类似SieveStore的热点数据筛选策略，将访问频繁较高的数据写入到SSD中的随机链RSSD中保存，或在预取的顺序流数据中，如果数据访问达到预设频率阈值，则会被移至随机链SSD上。例如在视频点播中，当检测到某些视频文件被频繁点播时，而在DRAM中不能完成存储，则将整个文件存入到SSD中，从而使其能满足多个用户的快速随机点播。本实施例将热点数据存储到SSD中，可有效减少SSD的写次数，延长SSD的使用寿命。
如图8所示，图8为本发明第八实施例中混合缓存的协同式自适应预取系统的结构示意图，该实施例提及的混合缓存的协同式自适应预取系统，包混合缓存的协同式自适应预取装置100、动态随机存取存储器DRAM200和固态硬盘SSD300，其中，混合缓存的协同式自适应预取CAP装置100包括：
请求判定模块110，用于判定预取数据请求到达；
抖动判断模块120，用于判断动态随机存取存储器DRAM200中是否发生抖动；
DRAM数据存储模块130，用于在DRAM200未发生抖动时，将预取数据请求存储至DRAM200中；
SSD数据存储模块140，用于在DRAM200发生抖动时，将预取数据请求存储至固态硬盘SSD300中。
动态随机存取存储器DRAM200，用于在DRAM200未发生抖动时，存储预取数据请求；
固态硬盘SSD300，用于在DRAM200发生抖动时，存储预取数据请求。
本发明混合缓存的协同式自适应预取系统中的协同式自适应预取装置100可包括前述图5至7所示实施例中所有技术方案，其详细结构及预取原理可参照前述实施例，在此不作赘述。由于采用前述协同式自适应预取装置100的方案，本发明混合缓存的协同式自适应预取系统对现有的数据预取系统而言，可动态调整DRAM200和SSD300中的预取行为，提高系统的整体吞吐量，减少对SSD300的写次数，从而延长SSD300的使用寿命。
如图9所示，图9为本发明第九实施例中混合缓存的协同式自适应预取系统的结构示意图。
DRAM200包括顺序链表210和随机链表220；
DRAM的顺序链表210，用于在DRAM200未发生抖动时，存储预取数据请求中的顺序流数据的地址指针；
DRAM的随机链表220，用于在DRAM200未发生抖动时，存储预取数据请求中的随机流数据的地址指针。
SSD300包括顺序链表310和随机链表320；
SSD的顺序链表310，用于在DRAM200发生抖动时，存储预取数据请求中的顺序流数据的地址指针；
SSD的随机链表320，用于在DRAM200发生抖动时，存储预取数据请求中的随机流数据的地址指针。
本实施例中，到达的数据请求分成顺序流和随机流两种。对于缓存中的顺序页面和随机页面，一般使用不同链表(如SARC)或者使用不同指针(如DULO)来区分。本实施例中对DRAM200和SSD300的顺序页面和随机页面分别采用两条链表的方式来区分。SRAM和RRAM分别是DRAM的顺序链表210和DRAM的随机链表220。SSSD和RSSD分别是指的SSD的顺序链表310和SSD的随机链表320。所有顺序流和随机流的请求首先经过CAP装置100进行处理，通过CAP装置100在预取数据请求中提取出顺序流信息，动态调整DRAM200和SSD300中的预取行为，提高系统的整体吞吐量，减少对SSD的写次数，从而延长SSD的使用寿命。
本发明实施例的SSD300还用于存储热点数据，热点数据为预取数据请求的顺序流数据中访问频率超过预设频率阈值的数据；
SSD的随机链表320还用于存储热点数据的地址指针。
本实施例中，因为SSD300对随机写数据较为敏感，为了减少对SSD300的写次数，采用类似SieveStore的热点数据筛选策略，将访问频繁较高的数据写入到SSD的随机链表320中保存，或在预取的顺序流数据中，如果数据访问达到预设频率阈值，则会被移至SSD的随机链表320上。例如在视频点播中，当检测到某些视频文件被频繁点播时，而在DRAM200中不能完成存储，则将整个文件存入到SSD300中，从而使其能满足多个用户的快速随机点播。本实施例将热点数据存储到SSD300中，可有效减少SSD300的写次数，延长SSD300的使用寿命。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种混合缓存的协同式自适应预取方法，其特征在于，包括步骤：
协同式自适应预取CAP中间件判定预取数据请求到达；
判断动态随机存取存储器DRAM中是否发生抖动；
如果否，则将所述预取数据请求存储至所述DRAM中；
如果是，则将所述预取数据请求存储至固态硬盘SSD中；
将所述预取数据请求的顺序流数据中访问频率超过预设频率阈值的数据作为热点数据，存储至所述SSD中，并将所述热点数据的地址指针存储至所述SSD的随机链表中。
2.根据权利要求1所述的混合缓存的协同式自适应预取方法，其特征在于，所述将预取数据请求存储至所述DRAM中的步骤之后还包括：
将所述预取数据请求中的顺序流数据的地址指针存储至所述DRAM的顺序链表中；将所述预取数据请求中的随机流数据的地址指针存储至所述DRAM的随机链表中。
3.根据权利要求1所述的混合缓存的协同式自适应预取方法，其特征在于，所述将预取数据请求存储至固态硬盘SSD中的步骤之后还包括：
将所述预取数据请求中的顺序流数据的地址指针存储至所述SSD的顺序链表中；将所述预取数据请求中的随机流数据的地址指针存储至所述SSD的随机链表中。
4.一种混合缓存的协同式自适应预取装置，其特征在于，包括：
请求判定模块，用于判定预取数据请求到达；
抖动判断模块，用于判断动态随机存取存储器DRAM中是否发生抖动；
DRAM数据存储模块，用于在所述DRAM未发生抖动时，将所述预取数据请求存储至所述DRAM中；
SSD数据存储模块，用于在所述DRAM发生抖动时，将所述预取数据请求存储至固态硬盘SSD中；
热点数据存储模块，用于将所述预取数据请求的顺序流数据中访问频率超过预设频率阈值的数据作为热点数据，存储至所述SSD中；
热点地址存储模块，用于将所述热点数据的地址指针存储至所述SSD的随机链表中。
5.根据权利要求4所述的混合缓存的协同式自适应预取装置，其特征在于，还包括：
DRAM地址存储模块，用于在所述DRAM未发生抖动时，将所述预取数据请求中的顺序流数据的地址指针存储至所述DRAM的顺序链表中；将所述预取数据请求中的随机流数据的地址指针存储至所述DRAM的随机链表中。
6.根据权利要求4所述的混合缓存的协同式自适应预取装置，其特征在于，还包括：
SSD地址存储模块，用于在所述DRAM发生抖动时，将所述预取数据请求中的顺序流数据的地址指针存储至所述SSD的顺序链表中；将所述预取数据请求中的随机流数据的地址指针存储至所述SSD的随机链表中。
7.一种混合缓存的协同式自适应预取系统，其特征在于，包括如权利要求4至6任一项所述的混合缓存的协同式自适应预取装置；
还包括：
动态随机存取存储器DRAM，用于在所述DRAM未发生抖动时，存储所述预取数据请求；
固态硬盘SSD，用于在所述DRAM发生抖动时，存储所述预取数据请求；所述SSD还用于存储热点数据，所述热点数据为所述预取数据请求的顺序流数据中访问频率超过预设频率阈值的数据；
所述SSD的随机链表还用于存储所述热点数据的地址指针。
8.根据权利要求7所述的混合缓存的协同式自适应预取系统，其特征在于，所述DRAM包括顺序链表和随机链表；
所述DRAM的顺序链表，用于在所述DRAM未发生抖动时，存储所述预取数据请求中的顺序流数据的地址指针；
所述DRAM的随机链表，用于在所述DRAM未发生抖动时，存储所述预取数据请求中的随机流数据的地址指针。
9.根据权利要求7所述的混合缓存的协同式自适应预取系统，其特征在于，所述SSD包括顺序链表和随机链表；
所述SSD的顺序链表，用于在所述DRAM发生抖动时，存储所述预取数据请求中的顺序流数据的地址指针；
所述SSD的随机链表，用于在所述DRAM发生抖动时，存储所述预取数据请求中的随机流数据的地址指针。
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