本發(fā)明涉及閃存存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及閃存存儲(chǔ)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)緩沖區(qū)置換方法。

背景技術(shù)：

閃存具有存取速度快、功耗低、集成度高和抗震能力好等優(yōu)點(diǎn)。近年來隨著閃存技術(shù)的發(fā)展，閃存介質(zhì)價(jià)格下降，閃存被廣泛運(yùn)用在消費(fèi)電子、企業(yè)級(jí)服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域。

緩沖區(qū)是介于外存和內(nèi)存之間的一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖單元，主要用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中低速外存和高速內(nèi)存之間的速度匹配，提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體性能。在閃存存儲(chǔ)系統(tǒng)中，閃存數(shù)據(jù)緩沖區(qū)設(shè)計(jì)相對(duì)于傳統(tǒng)磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)設(shè)計(jì)有諸多不同。在磁盤中，對(duì)磁盤的讀操作和寫操作延遲相差不大，因此不需要區(qū)別對(duì)待緩沖區(qū)中的臟數(shù)據(jù)頁和非臟數(shù)據(jù)頁，僅需要考慮如何將最不常用的數(shù)據(jù)頁換出緩沖區(qū)即可。然而，閃存介質(zhì)的讀寫操作開銷不一致，寫操作開銷往往是讀操作開銷的數(shù)倍。當(dāng)緩沖區(qū)內(nèi)的被修改過的臟數(shù)據(jù)頁需要換出時(shí)，就需要將該臟數(shù)據(jù)頁寫回外存中；而對(duì)非臟數(shù)據(jù)頁則可直接丟棄，不需要寫回。因此，臟數(shù)據(jù)頁的換出開銷往往是非臟數(shù)據(jù)頁換出開銷的數(shù)倍。此外，寫操作還會(huì)消耗閃存有限的擦寫次數(shù)，因此頻繁的寫回閃存會(huì)對(duì)閃存的壽命和可靠性造成負(fù)面影響。所以，閃存數(shù)據(jù)緩沖區(qū)要區(qū)別對(duì)待臟數(shù)據(jù)頁和非臟數(shù)據(jù)頁的換出，考慮臟數(shù)據(jù)頁換出對(duì)閃存造成的性能和壽命影響，盡量避免數(shù)據(jù)頁寫回操作。

針對(duì)上述問題，本發(fā)明提出新型的基于數(shù)據(jù)頁訪問間隔的兩級(jí)閃存緩沖區(qū)置換方法，根據(jù)數(shù)據(jù)頁的重用距離，區(qū)分冷熱數(shù)據(jù)頁，將所有數(shù)據(jù)頁分為冷臟數(shù)據(jù)頁、熱臟數(shù)據(jù)頁、冷非臟數(shù)據(jù)頁和熱非臟數(shù)據(jù)頁，并優(yōu)先換出非臟的冷數(shù)據(jù)頁，在保證閃存命中率的同時(shí)，減少由于臟數(shù)據(jù)頁換出而造成的閃存數(shù)據(jù)寫回操作，從而減少對(duì)閃存性能和壽命的負(fù)面影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于頁面訪問間隔的閃存數(shù)據(jù)緩沖區(qū)置換方法，解決如何設(shè)計(jì)適用于閃存存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)機(jī)制，如何根據(jù)閃存介質(zhì)的存取特性，針對(duì)性的設(shè)計(jì)能夠減少閃存數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中臟數(shù)據(jù)頁換出而導(dǎo)致的閃存寫回的緩沖區(qū)置換方法。本發(fā)明通過設(shè)計(jì)基于數(shù)據(jù)頁訪問間隔的閃存兩級(jí)緩沖區(qū)，分離冷熱數(shù)據(jù)頁，并通過優(yōu)先換出冷的非臟數(shù)據(jù)頁，減少由于臟數(shù)據(jù)頁換出而造成的閃存數(shù)據(jù)寫回操作，從而提高閃存系統(tǒng)的性能和壽命。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明基于頁面的訪問間隔，將數(shù)據(jù)頁分為熱數(shù)據(jù)頁和冷數(shù)據(jù)頁，通過優(yōu)先換出冷非臟數(shù)據(jù)頁，在保證緩沖區(qū)命中率的同時(shí)減少由于臟數(shù)據(jù)頁寫回而導(dǎo)致的閃存寫操作，從而提高閃存系統(tǒng)的性能和壽命。

本發(fā)明采取一種基于頁面訪問間隔的閃存數(shù)據(jù)緩沖區(qū)置換方法，方法的步驟包括：

步驟1：對(duì)請(qǐng)求的數(shù)據(jù)頁，在閃存數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中檢索目標(biāo)數(shù)據(jù)頁；

步驟2：閃存數(shù)據(jù)緩沖區(qū)分為一級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和二級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；一級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和二級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)以lru鏈表形式組織數(shù)據(jù)頁，每一個(gè)lru鏈表結(jié)點(diǎn)是一個(gè)數(shù)據(jù)頁數(shù)據(jù)頁；將緩沖區(qū)內(nèi)緩存的所有數(shù)據(jù)頁分為熱臟數(shù)據(jù)頁、冷臟數(shù)據(jù)頁、熱非臟數(shù)據(jù)頁、冷非臟數(shù)據(jù)頁，使用不同標(biāo)志位進(jìn)行標(biāo)記，其中熱數(shù)據(jù)頁數(shù)量隨著一級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和二級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的相對(duì)大小動(dòng)態(tài)變化，當(dāng)一級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)較大時(shí)，減少熱數(shù)據(jù)頁數(shù)量，當(dāng)一級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)較小時(shí)，增加熱數(shù)據(jù)頁數(shù)量。

步驟3：若一級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)的冷數(shù)據(jù)頁被命中時(shí)，無論其臟或非臟，由于其訪問間隔小于一級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的最后一個(gè)熱數(shù)據(jù)頁，因此，將發(fā)生冷熱數(shù)據(jù)頁轉(zhuǎn)換；

優(yōu)選地，在冷熱數(shù)據(jù)頁轉(zhuǎn)換時(shí)，命中的冷數(shù)據(jù)頁會(huì)被轉(zhuǎn)換為熱數(shù)據(jù)頁，一級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)尾部的熱數(shù)據(jù)頁會(huì)被轉(zhuǎn)換為冷數(shù)據(jù)頁，同時(shí)，還會(huì)將一級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)尾部的所有冷數(shù)據(jù)頁移動(dòng)到二級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首部，這是因?yàn)檫@些冷數(shù)據(jù)頁的訪問間隔均比一級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)尾部的熱數(shù)據(jù)頁要大，因此沒有機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)換為熱數(shù)據(jù)頁；

步驟4：緩沖區(qū)內(nèi)命中的數(shù)據(jù)頁，無論是否臟數(shù)據(jù)頁、冷熱性質(zhì)，均會(huì)被放到一級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)鏈表首部；

步驟5：在需要進(jìn)行緩沖區(qū)數(shù)據(jù)頁淘汰時(shí)，優(yōu)先選擇二級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的冷非臟數(shù)據(jù)頁

步驟6：在沒有冷非臟數(shù)據(jù)頁時(shí)，才會(huì)選擇冷臟數(shù)據(jù)頁換出，此時(shí)，由于優(yōu)先換出冷非臟數(shù)據(jù)頁，因此可以有效減少對(duì)閃存的寫回次數(shù)，同時(shí)不會(huì)對(duì)緩沖區(qū)命中率造成太大影響；

優(yōu)選地，在二級(jí)緩沖區(qū)中進(jìn)行冷非臟數(shù)據(jù)頁淘汰時(shí)，根據(jù)lru原則，選擇最不常用的冷非臟數(shù)據(jù)頁進(jìn)行淘汰。

本發(fā)明的技術(shù)效果如下：

1.提高閃存系統(tǒng)性能。本發(fā)明提出基于頁面訪問間隔的兩級(jí)閃存數(shù)據(jù)緩沖區(qū)置換方法，通過兩級(jí)緩沖區(qū)分離冷熱數(shù)據(jù)頁，通過優(yōu)先換出二級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的冷數(shù)據(jù)頁，保證緩沖區(qū)命中率，減少由于緩沖區(qū)失效而需要對(duì)閃存進(jìn)行的數(shù)據(jù)頁讀操作。此外，通過優(yōu)先換出冷非臟數(shù)據(jù)頁可以減少由于數(shù)據(jù)同步所造成的大開銷閃存寫回操作，提高系統(tǒng)性能。

2.提高閃存系統(tǒng)壽命。閃存系統(tǒng)的擦寫壽命優(yōu)先，而緩沖區(qū)內(nèi)臟數(shù)據(jù)頁的頻繁換出，會(huì)造成較多的閃存寫回操作，影響閃存系統(tǒng)壽命。本發(fā)明通過優(yōu)先換出二級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)的非臟數(shù)據(jù)頁，可以減少閃存寫回操作，從而延長閃存壽命。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施方案框架；

圖2是本發(fā)明實(shí)施所述的方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方法做進(jìn)一步的詳細(xì)解釋。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明的具體實(shí)施方法，但并不會(huì)限制本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例所述的框架模塊包括：

模塊1緩沖區(qū)檢索模塊，用于檢索緩沖區(qū)內(nèi)是否有請(qǐng)求的數(shù)據(jù)頁；

模塊2一級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，用于存放熱數(shù)據(jù)頁和最近被訪問過的冷數(shù)據(jù)頁；

模塊3二級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，用于存放被從一級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中淘汰的冷數(shù)據(jù)頁；

模塊4緩沖區(qū)替換模塊，用于選擇二級(jí)緩沖區(qū)的冷非臟數(shù)據(jù)頁進(jìn)行淘汰。

參照?qǐng)D1、圖2所示，本發(fā)明所述閃存緩沖區(qū)置換方法基本流程，包括：

步驟1：對(duì)請(qǐng)求的數(shù)據(jù)頁，在緩沖區(qū)中檢索目標(biāo)數(shù)據(jù)頁；

優(yōu)選地，根據(jù)哈希方法快速檢索目標(biāo)數(shù)據(jù)頁，但不限于具體的檢索方法。

步驟2：數(shù)據(jù)緩沖區(qū)分為一級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和二級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)以lru鏈表形式組織數(shù)據(jù)頁，每一個(gè)lru結(jié)點(diǎn)是代表一個(gè)數(shù)據(jù)頁；數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)緩存的所有數(shù)據(jù)頁分為熱臟數(shù)據(jù)頁、冷臟數(shù)據(jù)頁、熱非臟數(shù)據(jù)頁、冷非臟數(shù)據(jù)頁，即為每一個(gè)lru結(jié)點(diǎn)添加冷熱標(biāo)志位和是否臟標(biāo)志位，每個(gè)標(biāo)志位占用1bit空間。熱數(shù)據(jù)頁數(shù)量最大值隨著一級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和二級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的相對(duì)大小動(dòng)態(tài)變化，當(dāng)一級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)較大時(shí)，減少熱數(shù)據(jù)頁數(shù)量最大值，當(dāng)一級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)較小時(shí)，增加熱數(shù)據(jù)頁數(shù)量最大值。

優(yōu)選地，當(dāng)一級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)總緩沖區(qū)大小占比大于0.8時(shí)，減少熱數(shù)據(jù)頁數(shù)量最大值；當(dāng)一級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)總緩沖區(qū)大小占比小于0.5時(shí)，增加熱數(shù)據(jù)頁數(shù)量最大值；其他時(shí)候不改變熱數(shù)據(jù)頁數(shù)量最大值。

步驟3：若一級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)的冷數(shù)據(jù)頁被命中且熱數(shù)據(jù)頁數(shù)量達(dá)到最大值時(shí)，無論其臟或非臟，由于其訪問間隔小于一級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的最后一個(gè)熱數(shù)據(jù)頁，因此，將發(fā)生冷熱數(shù)據(jù)頁轉(zhuǎn)換；

在冷熱數(shù)據(jù)頁轉(zhuǎn)換時(shí)，命中的冷數(shù)據(jù)頁會(huì)被轉(zhuǎn)換為熱數(shù)據(jù)頁，一級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)尾部的熱數(shù)據(jù)頁會(huì)被轉(zhuǎn)換為冷數(shù)據(jù)頁，冷熱數(shù)據(jù)頁的變化通過改變對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)頁結(jié)點(diǎn)的冷熱標(biāo)志位實(shí)現(xiàn)。

同時(shí)，還會(huì)將一級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)尾部的所有冷數(shù)據(jù)頁移動(dòng)到二級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首部，這是因?yàn)檫@些冷數(shù)據(jù)頁的訪問間隔均比一級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)尾部的熱數(shù)據(jù)頁要大，因此沒有機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)換為熱數(shù)據(jù)頁；

步驟4：緩沖區(qū)內(nèi)命中的數(shù)據(jù)頁，無論是否臟數(shù)據(jù)頁、冷熱性質(zhì)，均放到一級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)鏈表首部；

步驟5：在需要進(jìn)行緩沖區(qū)數(shù)據(jù)頁淘汰時(shí)，優(yōu)先選擇二級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的冷非臟數(shù)據(jù)頁進(jìn)行淘汰，此時(shí)，由于優(yōu)先換出冷非臟數(shù)據(jù)頁，因此可以有效減少對(duì)閃存的寫回次數(shù)，同時(shí)不會(huì)對(duì)緩沖區(qū)命中率造成太大影響；

優(yōu)選地，在二級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中進(jìn)行冷非臟數(shù)據(jù)頁淘汰時(shí)，可根據(jù)lru原則，選擇最不常用的冷非臟數(shù)據(jù)頁進(jìn)行淘汰，但不限于具體的規(guī)則。

步驟6：在二級(jí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)沒有冷非臟數(shù)據(jù)頁時(shí)，則選擇冷臟數(shù)據(jù)頁進(jìn)行淘汰，此時(shí)需要將臟數(shù)據(jù)頁寫回閃存，以保證數(shù)據(jù)一致性；

優(yōu)選地，在二級(jí)緩沖區(qū)中進(jìn)行冷臟數(shù)據(jù)頁淘汰時(shí)，可根據(jù)lru原則，選擇最不常用的冷臟數(shù)據(jù)頁進(jìn)行淘汰，但不限于具體的規(guī)則。

本發(fā)明用于閃存中的閃存轉(zhuǎn)換層ftl模塊。

本發(fā)明適用于nandflash型閃存。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。