專利名稱:存儲系統(tǒng)的高速緩存數(shù)據(jù)的保護方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)保護方法，特別涉及一種存儲系統(tǒng)的高速緩存的數(shù)據(jù)的保護方法。
背景技術(shù)：
在計算機系統(tǒng)中，中央處理單元(CPU)的運算速度極快，但其直接讀寫區(qū)塊設備(如，硬盤、SCSI硬盤、磁盤陣列等)尤其是對區(qū)塊設備的尋址時間很長。起初，CPU采用PIO(Programmed I/O)方式讀寫區(qū)塊設備，即，CPU必需一直等待對區(qū)塊設備的讀寫操作完成后才可以繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)任務，極大地浪費了CPU的時間，降低了CPU的資源。為了解決這個問題，采用了中斷的方式，即，CPU在讀寫區(qū)塊設備時，可以執(zhí)行其它任務，當區(qū)塊設備讀寫操作結(jié)束時，借由外部設備觸發(fā)中斷，讓CPU繼續(xù)執(zhí)行剛才的任務，這樣提高了CPU的使用效率。然而，這種方式?jīng)]有充分利用讀寫速度較快的隨機存取內(nèi)存(Random Access Memory，RAM)的特性。因此，采用一種磁盤高速緩存(Disk Cache)的方式以進一步提高系統(tǒng)效能，即，利用一部分系統(tǒng)隨機存取內(nèi)存作為區(qū)塊設備讀寫操作的磁盤高速緩存。當對設備進行寫操作時，將需要寫入的數(shù)據(jù)、設備名稱以及在此設備的位置記錄在磁盤高速緩存中，而CPU即認為寫操作結(jié)束，然后由系統(tǒng)專門的讀寫設備的任務定期或于系統(tǒng)隨機存取內(nèi)存資源不足時完成存儲在磁盤高速緩存中的寫操作，但磁盤高速緩存中的數(shù)據(jù)繼續(xù)保留；當對設備進行讀操作時，先判斷磁盤高速緩存中是否存儲有需要讀取的數(shù)據(jù)，如果有，則直接讀取。否則，CPU發(fā)出一個讀取設備的任務，當前任務會被保留，CPU可以執(zhí)行其它任務，當將數(shù)據(jù)從設備讀取后，讀取的數(shù)據(jù)會被添加至磁盤高速緩存中，并發(fā)送一個中斷信號至CPU，CPU可以繼續(xù)執(zhí)行對設備的讀操作。為了提高對區(qū)塊設備的讀寫效率，區(qū)塊設備的驅(qū)動(Driver)都采用了一些提高讀寫效率的方法，如電梯算法、預先讀算法、延遲寫算法等。
操作系統(tǒng)中磁盤高速緩存描述項(Disk Cache Item)的每一個描述項代表一個物理內(nèi)存頁(Page)或區(qū)塊(Block)。對磁盤高速緩存的管理一般采用下述方法磁盤高速緩存一般存儲在臟(dirty)、干凈(clean)和鎖(locked)三個最近最少使用(Least Recently Use，LRU)鏈接串行中。其中，臟鏈接串行包含所有需要寫入?yún)^(qū)塊設備的磁盤高速緩存描述項，鎖鏈結(jié)串行包含所有正在寫入?yún)^(qū)塊設備的磁盤高速緩存描述項，干凈鏈接串行包含最新的已存儲在磁盤高速緩存中的區(qū)塊設備的數(shù)據(jù)。因此，磁盤高速緩存描述項可以在這三個鏈接串行的間遷移。CPU執(zhí)行對區(qū)塊設備的寫操作時，會先從干凈鏈接串行中查找是否有對應的磁盤高速緩存描述項，如果有，則將對應的磁盤高速緩存描述項從干凈鏈接串行中刪除，更改磁盤高速緩存描述項中的數(shù)據(jù)并將此磁盤高速緩存描述項加入臟鏈接串行；如果沒有，則從系統(tǒng)隨機存取內(nèi)存中分配磁盤高速緩存描述項，修改磁盤高速緩存描述項中數(shù)據(jù)并將此磁盤高速緩存描述項加入臟鏈接串行。接著，在一定時間間隔、系統(tǒng)隨機存取內(nèi)存資源不足、磁盤高速緩存所占的隨機存取內(nèi)存達到使用者設定的上限或使用者強制清除磁盤高速緩存時，CPU會調(diào)用區(qū)塊設備寫操作的任務，將臟鏈接串行中的部分磁盤高速緩存描述項加入鎖鏈結(jié)串行，以寫入?yún)^(qū)塊設備，寫入完畢的磁盤高速緩存描述項加入干凈鏈接串行，且刪除干凈鏈接串行中最近最少使用的磁盤高速緩存描述項，刪除的磁盤高速緩存描述項被回收至系統(tǒng)的自由隨機存取內(nèi)存中供系統(tǒng)使用。在以存儲任務為主的系統(tǒng)中，大量的隨機存取內(nèi)存被用作磁盤高速緩存。
然而，將磁盤高速緩存描述項加入臟鏈接串行和將寫入?yún)^(qū)塊設備的磁盤高速緩存描述項加入干凈鏈接串行的過程是異步的，且往往是將磁盤高速緩存描述項加入臟鏈接串行的過程較快。因此，磁盤高速緩存中存儲有數(shù)據(jù)沒有寫入真實的區(qū)塊設備中。如果系統(tǒng)斷電時，磁盤高速緩存中的數(shù)據(jù)會丟失。因而，在一些對數(shù)據(jù)完整性、安全性要求較高的存儲類產(chǎn)品(如，SAN、NAS、磁盤陣列)中，需要保護并處理這部分數(shù)據(jù)。很多廠商提供了電池供電隨機存取內(nèi)存的解決方案。
常見的電池供電解決方案包含RAID Adapter、Smart Array和電池供電隨機存取內(nèi)存適配器。其均為計算機系統(tǒng)的一個設備，提供自己的設備驅(qū)動程序，可以加快寫數(shù)據(jù)的速度和數(shù)據(jù)吞吐量。其將計算機系統(tǒng)隨機存取內(nèi)存中磁盤高速緩存的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移至自己內(nèi)部的緩沖區(qū)，然后通過設備自身處理數(shù)據(jù)。其中，RAID Adapter、Smart Array將自身緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)寫入和自己相連的存儲設備，電池供電隨機存取內(nèi)存適配器r僅存儲數(shù)據(jù)。其均因為具有電池供電功能，可以保護自己內(nèi)部緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)在系統(tǒng)斷電后的一段時間內(nèi)不丟失，系統(tǒng)恢復正常后即可將自己緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)寫入存儲設備。
然而公知技術(shù)的這種做法在系統(tǒng)斷電時只能保護從存儲系統(tǒng)的隨機存取內(nèi)存中傳遞到自己內(nèi)部緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，不能保護計算機系統(tǒng)隨機存取內(nèi)存中磁盤高速緩存存儲的數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容為了解決上述公知技術(shù)中的問題與缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種存儲系統(tǒng)的高速緩存的數(shù)據(jù)的保護方法，用以在計算機系統(tǒng)斷電時，保護一個具有電池供電(Battery Backed)功能的存儲系統(tǒng)的高速緩存的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明所提供的一種存儲系統(tǒng)的高速緩存的數(shù)據(jù)的保護方法，包含以下步驟當存儲系統(tǒng)啟動時，在存儲系統(tǒng)的隨機存取內(nèi)存的適當開始位置保留適當長度的保留區(qū)域；當存儲系統(tǒng)啟動后，監(jiān)控對臟鏈接串行和干凈鏈接串行的操作；當系統(tǒng)增加一個磁盤高速緩存描述項至臟鏈接串行時，依照磁盤高速緩存描述項在隨機存取內(nèi)存的位置計算出保留區(qū)域的一個入口(Entry)的序號；存儲此磁盤高速緩存描述項在隨機存取內(nèi)存的位置、磁盤高速緩存描述項的隨機存取內(nèi)存大小、磁盤高速緩存描述項寫入的區(qū)塊設備名稱以及磁盤高速緩存描述項在區(qū)塊設備的位置信息至此入口；當系統(tǒng)增加一個磁盤高速緩存描述項至干凈鏈接串行時，依照磁盤高速緩存描述項在隨機存取內(nèi)存的位置計算出保留區(qū)域的一個入口的序號，清除此入口存儲的信息；當存儲系統(tǒng)斷電時，通過電池供電功能為隨機存取內(nèi)存提供電源；當存儲系統(tǒng)重新啟動時，讀取該保留區(qū)域的多個入口存儲的磁盤高速緩存描述項的位置和大小信息，依照讀取的位置和大小信息保留對應位置的隨機存取內(nèi)存存儲的數(shù)據(jù)；當存儲系統(tǒng)重新啟動后，讀取保留區(qū)域的多個入口存儲的磁盤高速緩存描述項的信息，依照讀取的信息將對應位置的隨機存取內(nèi)存存儲的數(shù)據(jù)寫入對應的區(qū)塊設備；以及釋放保留的隨機存取內(nèi)存的空間，并設置保留區(qū)域的每一個入口的值為零。
其中，保留區(qū)域的適當開始位置為存儲系統(tǒng)的操作系統(tǒng)初始化所需的隨機存取內(nèi)存位置以及硬件在隨機存取內(nèi)存映射的位置以外的位置，而適當長度通過如下公式計算出來((隨機存取內(nèi)存大小)/(高速緩存描述項大小)+1)*(保留區(qū)域的入口大小)+(UUID大小)，UUID為通用唯一識別碼(Universal Unique IDentifier)。保留區(qū)域的入口序號通過如下公式計算出來(高速緩存描述項在隨機存取內(nèi)存的位置)/(高速緩存描述項大小)。
本發(fā)明所述的存儲系統(tǒng)的高速緩存的數(shù)據(jù)的保護方法，其中保留該保留區(qū)域借由添加該保留區(qū)域的開始位置和長度信息至該存儲系統(tǒng)的操作系統(tǒng)建立的啟動操作系統(tǒng)自身需要的內(nèi)存訪問區(qū)域的管理機制中來實現(xiàn)。
本發(fā)明所述的存儲系統(tǒng)的高速緩存的數(shù)據(jù)的保護方法，其中該磁盤高速緩存描述項的信息包含該磁盤高速緩存描述項在隨機存取內(nèi)存的位置以及該磁盤高速緩存描述項的大小信息。
本發(fā)明所述的存儲系統(tǒng)的高速緩存的數(shù)據(jù)的保護方法，其中依照監(jiān)控的操作存儲或刪除相應的磁盤高速緩存的描述項的信息至該保留區(qū)域的步驟還包含以下步驟當增加磁盤高速緩存描述項至臟鏈接串行時，依照該磁盤高速緩存描述項在隨機存取內(nèi)存的位置計算出該保留區(qū)域的入口的序號；存儲該磁盤高速緩存描述項在隨機存取內(nèi)存的位置以及該磁盤高速緩存描述項的大小信息至該入口；以及當增加磁盤高速緩存描述項至干凈鏈接串行時，依照該磁盤高速緩存描述項在隨機存取內(nèi)存的位置計算出該保留區(qū)域的入口的序號，清除該入口存儲的信息。
本發(fā)明所述的存儲系統(tǒng)的高速緩存的數(shù)據(jù)的保護方法，其中該入口序號通過如下公式計算出來(磁盤高速緩存描述項在隨機存取內(nèi)存的位置)/(磁盤高速緩存描述項大小)。
綜上所述，本發(fā)明的優(yōu)點在于利用計算機系統(tǒng)的電池供電功能實現(xiàn)了對計算機系統(tǒng)的隨機存取內(nèi)存中磁盤高速緩存存儲的數(shù)據(jù)的斷電保護功能。
圖1為本發(fā)明的方法流程圖。
其中，附圖標記說明如下S100當存儲系統(tǒng)啟動時，在存儲系統(tǒng)的隨機存取內(nèi)存的適當開始位置保留適當長度的一個保留區(qū)域S110當存儲系統(tǒng)啟動后，監(jiān)控對臟鏈接串行和干凈鏈接串行的操作S120當增加一個磁盤高速緩存描述項至臟鏈接串行時，依照磁盤高速緩存描述項在隨機存取內(nèi)存的位置計算出保留區(qū)域的一個入口的序號S130存儲磁盤高速緩存描述項在隨機存取內(nèi)存的位置以及磁盤高速緩存描述項的大小信息至此入口S140當增加一個高速緩存描述項至干凈鏈接串行時，依照高速緩存描述項在隨機存取內(nèi)存的位置計算出保留區(qū)域的一個入口的序號，清除此入口存儲的信息S150當存儲系統(tǒng)斷電時，通過電池供電功能為隨機存取內(nèi)存提供電源S160當存儲系統(tǒng)重新啟動時，讀取保留區(qū)域的多個入口存儲的高速緩存描述項的位置和大小信息，依照讀取的位置和大小信息保留對應位置的隨機存取內(nèi)存存儲的數(shù)據(jù)S170當存儲系統(tǒng)重新啟動后，讀取保留區(qū)域的多個入口存儲的高速緩存描述項的信息，依照讀取的信息將對應位置的隨機存取內(nèi)存存儲的數(shù)據(jù)寫入對應的區(qū)塊設備S180釋放保留的隨機存取內(nèi)存的空間，并設置保留區(qū)域的每一個入口的值為零具體實施方式
以下，將結(jié)合附圖部份對本發(fā)明的較佳實施方式作詳細說明。
請參考圖1，此圖為本發(fā)明一種存儲系統(tǒng)的高速緩存的數(shù)據(jù)的保護方法的方法流程圖，如圖所示，此方法包含以下步驟當存儲系統(tǒng)啟動時，在存儲系統(tǒng)的隨機存取內(nèi)存的適當開始位置保留適當長度的一個保留區(qū)域(S100)，其中，保留區(qū)域的適當開始位置為存儲系統(tǒng)的操作系統(tǒng)初始化所需的隨機存取內(nèi)存位置以及硬件在隨機存取內(nèi)存映射的位置以外的位置，而適當長度通過如下公式計算出來((隨機存取內(nèi)存大小)/(高速緩存描述項大小)+1)*(保留區(qū)域的入口大小)+(UUID大小)，UUID為通用唯一識別碼。當存儲系統(tǒng)的操作系統(tǒng)建立啟動操作系統(tǒng)自身需要的內(nèi)存訪問區(qū)域的管理機制時，將保留區(qū)域的開始位置和長度數(shù)據(jù)添加進去，以達到保留此保留區(qū)域的目的。
當存儲系統(tǒng)啟動后，監(jiān)控系統(tǒng)對臟鏈接串行和干凈鏈接串行的操作(S110)。當檢測到系統(tǒng)增加一個磁盤高速緩存描述項至臟鏈接串行時，依照公式(高速緩存描述項在隨機存取內(nèi)存的位置)/(高速緩存描述項大小)利用磁盤高速緩存描述項在隨機存取內(nèi)存的位置計算出保留區(qū)域的一個入口的序號(S120)，并依照計算出來的入口序號存儲磁盤高速緩存描述項在隨機存取內(nèi)存的位置以及磁盤高速緩存描述項的隨機存取內(nèi)存大小信息至此入口(S130)。當檢測到系統(tǒng)增加一個磁盤高速緩存描述項至干凈鏈接串行時，依照公式(高速緩存描述項在隨機存取內(nèi)存的位置)/(高速緩存描述項大小)利用磁盤高速緩存描述項在隨機存取內(nèi)存的位置計算出保留區(qū)域的一個入口的序號，并依照計算出來的入口序號清除此入口存儲的信息(S140)。
當存儲系統(tǒng)斷電時，通過電池供電功能為系統(tǒng)的隨機存取內(nèi)存提供電源，以保護系統(tǒng)隨機存取內(nèi)存存儲的數(shù)據(jù)。且為存儲系統(tǒng)的CPU提供較短時間的電源，以讓CPU完成將CPU的高速緩存數(shù)據(jù)同步至系統(tǒng)的隨機存取內(nèi)存的任務(S150)。
當存儲系統(tǒng)重新啟動時，通過修改存儲系統(tǒng)的基本輸入/輸出系統(tǒng)(BIOS)中關(guān)于隨機存取內(nèi)存自檢的參數(shù)設定來保護系統(tǒng)隨機存取內(nèi)存存儲的所有數(shù)據(jù)。重復S100的保留過程。并讀取系統(tǒng)隨機存取內(nèi)存的S100保留區(qū)域的多個入口存儲的磁盤高速緩存描述項的位置和大小信息，依照讀取的位置和大小信息保留對應位置的隨機存取內(nèi)存存儲的數(shù)據(jù)(S160)。
當存儲系統(tǒng)重新啟動后，讀取保留區(qū)域的每一個入口存儲的磁盤高速緩存描述項的信息，依照讀取的信息查找到對應位置的隨機存取內(nèi)存，從對應位置的隨機存取內(nèi)存讀取磁盤高速緩存描述項需要寫入的數(shù)據(jù)、磁盤高速緩存描述項需要寫入的區(qū)塊設備名稱以及磁盤高速緩存描述項在區(qū)塊設備的位置。并依照讀取的信息將需要寫入的數(shù)據(jù)寫入對應的區(qū)塊設備，以實現(xiàn)對系統(tǒng)的隨機存取內(nèi)存中磁盤高速緩存存儲的數(shù)據(jù)的保護(S170)。
當系統(tǒng)的隨機存取內(nèi)存中所有磁盤高速緩存存儲的數(shù)據(jù)被寫入對應的區(qū)塊設備后，釋放存儲系統(tǒng)啟動時保留的隨機存取內(nèi)存中磁盤高速緩存的空間，并設置隨機存取內(nèi)存的保留區(qū)域中每一個入口的值為零(S180)。
雖然本發(fā)明以前述的較佳實施方式公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應當意識到在不脫離本發(fā)明所附的權(quán)利要求
書所揭示的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，所作的改動與修飾，均屬本發(fā)明的專利保護范圍的內(nèi)。關(guān)于本發(fā)明所界定的保護范圍請參考所附的權(quán)利要求
書。
權(quán)利要求
1.一種存儲系統(tǒng)的高速緩存的數(shù)據(jù)的保護方法，用以保護具有電池供電功能的存儲系統(tǒng)的高速緩存的數(shù)據(jù)，該方法包含以下步驟當該存儲系統(tǒng)啟動時，在該存儲系統(tǒng)的隨機存取內(nèi)存的適當開始位置保留適當長度的保留區(qū)域；當該存儲系統(tǒng)啟動后，監(jiān)控對臟鏈接串行和干凈鏈接串行的操作，依照監(jiān)控的操作在該保留區(qū)域中存儲或刪除相應的磁盤高速緩存描述項的信息；當該存儲系統(tǒng)斷電時，通過電池供電功能為隨機存取內(nèi)存提供電源，用以保護隨機存取內(nèi)存存儲的數(shù)據(jù)；當該存儲系統(tǒng)重新啟動時，讀取該保留區(qū)域存儲的磁盤高速緩存描述項的信息，依照讀取的信息保留對應的隨機存取內(nèi)存存儲的數(shù)據(jù)；以及當該存儲系統(tǒng)重新啟動后，讀取該保留區(qū)域存儲的磁盤高速緩存描述項的信息，依照讀取的信息將對應的隨機存取內(nèi)存存儲的數(shù)據(jù)寫入對應的區(qū)塊設備。
2.如權(quán)利要求
1所述的存儲系統(tǒng)的高速緩存的數(shù)據(jù)的保護方法，其還包含以下步驟釋放保留的隨機存取內(nèi)存的空間，并設置該保留區(qū)域的多個入口的值為零。
3.如權(quán)利要求
1所述的存儲系統(tǒng)的高速緩存的數(shù)據(jù)的保護方法，其中該適當開始位置為該存儲系統(tǒng)的操作系統(tǒng)初始化所需的隨機存取內(nèi)存位置以及硬件在隨機存取內(nèi)存映射的位置以外的位置。
4.如權(quán)利要求
1所述的存儲系統(tǒng)的高速緩存的數(shù)據(jù)的保護方法，其中該適當長度系通過如下公式計算出來((隨機存取內(nèi)存大小)/(磁盤高速緩存描述項大小)+1)*(保留區(qū)域的入口大小)+(UUID大小)，其中，UUID為通用唯一識別碼。
5.如權(quán)利要求
1所述的存儲系統(tǒng)的高速緩存的數(shù)據(jù)的保護方法，其中保留該保留區(qū)域借由添加該保留區(qū)域的開始位置和長度信息至該存儲系統(tǒng)的操作系統(tǒng)建立的啟動操作系統(tǒng)自身需要的內(nèi)存訪問區(qū)域的管理機制中來實現(xiàn)。
6.如權(quán)利要求
1所述的存儲系統(tǒng)的高速緩存的數(shù)據(jù)的保護方法，其中該磁盤高速緩存描述項的信息包含該磁盤高速緩存描述項在隨機存取內(nèi)存的位置以及該磁盤高速緩存描述項的大小信息。
7.如權(quán)利要求
1所述的存儲系統(tǒng)的高速緩存的數(shù)據(jù)的保護方法，其中依照監(jiān)控的操作存儲或刪除相應的磁盤高速緩存的描述項的信息至該保留區(qū)域的步驟還包含以下步驟當增加磁盤高速緩存描述項至臟鏈接串行時，依照該磁盤高速緩存描述項在隨機存取內(nèi)存的位置計算出該保留區(qū)域的入口的序號；存儲該磁盤高速緩存描述項在隨機存取內(nèi)存的位置以及該磁盤高速緩存描述項的大小信息至該入口；以及當增加磁盤高速緩存描述項至干凈鏈接串行時，依照該磁盤高速緩存描述項在隨機存取內(nèi)存的位置計算出該保留區(qū)域的入口的序號，清除該入口存儲的信息。
8.如權(quán)利要求
7所述的存儲系統(tǒng)的高速緩存的數(shù)據(jù)的保護方法，其中該入口序號通過如下公式計算出來(磁盤高速緩存描述項在隨機存取內(nèi)存的位置)/(磁盤高速緩存描述項大小)。
專利摘要
一種存儲系統(tǒng)的高速緩存數(shù)據(jù)的保護方法，用以保護一個具有電池供電功能的存儲系統(tǒng)的高速緩存的數(shù)據(jù)。本發(fā)明在系統(tǒng)隨機存取內(nèi)存中保留一個保留區(qū)域，用以記錄磁盤高速緩存描述項的信息。當存儲系統(tǒng)斷電時，通過電池供電功能保護系統(tǒng)隨機存取內(nèi)存存儲的數(shù)據(jù)。當存儲系統(tǒng)重新啟動時，通過保留區(qū)域存儲的信息保留系統(tǒng)隨機存取內(nèi)存中磁盤高速緩存存儲的數(shù)據(jù)。并在存儲系統(tǒng)重新啟動后，將系統(tǒng)隨機存取內(nèi)存中磁盤高速緩存存儲的數(shù)據(jù)寫入對應的區(qū)塊設備，實現(xiàn)了對系統(tǒng)隨機存取內(nèi)存中磁盤高速緩存存儲的數(shù)據(jù)的斷電保護功能。
文檔編號G06F12/08GK1991775SQ200510048804
公開日2007年7月4日 申請日期2005年12月28日
發(fā)明者王興家, 郭建鋒, 曹蒼眸, 陳怡 , 陳玄同, 劉文涵 申請人:英業(yè)達股份有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan