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CN110968271B - 一种高性能数据存储方法、系统与装置 - Google Patents

一种高性能数据存储方法、系统与装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高性能数据存储方法、系统与装置，方法包括：数据写入流程和数据读取流程；数据写入流程包括：IO接口将数据写请求发给CPU，CPU分别将数据写入内存、SSD和磁盘阵列；数据读取流程包括：IO接口将数据读请求发给CPU，CPU从内存、SSD或者磁盘阵列中读取数据返回IO接口。另外，本发明还公开与存储方法匹配的系统和装置的具体内容。本发明采用2个SSD组成RAID 1，数据有备份，写入速率为磁盘阵列速率+SSD速率，和传统技术比提升了数据可靠性，在提升速率的情况下，没有数据丢失风险。

Description

一种高性能数据存储方法、系统与装置
技术领域
本发明属于IT领域，具体涉及一种高性能数据存储方法、系统与装置。
背景技术
随着生活中的信息被转换为数字，就需要具备存储容量的容器对这些数字进行存储。数据以某种格式记录在计算机内部或外部存储介质上，比如常见的内容条、机械硬盘等。
目前的数据存储很难做到高性能存储，比如常见的存储技术包括：
存储技术1：在每个硬盘内加入几MB的读写缓存，将部分随机读写转换成顺序读写。缺陷：(1)缓存太小，只能将部分随机读写转换成顺序读写。(2)缓存在单个硬盘内，不是全局缓存，对磁盘阵列整体性能影响小。
存储技术2：采用具有备电功能的内存做磁盘阵列的全局缓存。缺陷：(1)需要内存备电装置。(2)内存内的数据无备份，内存发生故障数据就会丢失。(3)备电耗尽时内存内数据就会丢失。
存储技术3：采用SSD来组成磁盘阵列。缺陷：磁盘阵列内所有磁盘都采用SSD，成本高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高性能数据存储方法、系统与装置。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种高性能数据存储方法，包括：数据写入流程和数据读取流程；
数据写入流程包括：IO接口将数据写请求发给CPU，CPU分别将数据写入内存、SSD和磁盘阵列；
数据读取流程包括：IO接口将数据读请求发给CPU，CPU从内存、SSD或者磁盘阵列中读取数据返回IO接口。
作为优选方式，数据写入流程包括：
IO接口将数据写请求发给CPU，CPU先将数据接收到内存；
CPU将内存接受到的数据同时向SSD缓存和磁盘阵列顺序写；
CPU将数据写到SSD缓存或磁盘阵列后，向IO接口返回数据写入成功的指令。作为优选方式，数据读取流程包括：
IO接口将数据读请求发给CPU后，执行如下操作：
CPU查找内存内是否有缓存数据，如果有直接返回；
CPU查找SSD内是否有缓存数据，如果有直接返回；
CPU从磁盘阵列中读取数据返回IO接口。
作为优选方式，它还包括数据整理流程，数据整理流程包括CPU判断系统处于空闲状态，从磁盘阵列中将碎片文件读出写入SSD。系统空闲时，CPU将磁盘阵列内的文件碎片读出到SSD内，然后将这些文件顺序写入磁盘阵列，减少随机读发生概率。
作为优选方式，数据整理流程还包括CPU将写入SSD的碎片文件整理成大文件顺序写入磁盘阵列。
作为优选方式，采用两个SSD组成RAID1,作为数据全局写缓存；
数据写入时CPU控制将顺序写数据直接写入磁盘阵列，随机写入数据则写入SSD缓存，SSD缓存带宽和磁盘阵列带宽共同承担写入的数据流。因为采用RAID1,数据1+1备份，单个SSD故障不会丢失数据。
一种高性能数据存储系统，包括IO接口、CPU和存储设备，存储设备包括内存、磁盘阵列和SSD；CPU分别与IO接口、内存、磁盘阵列和SSD连接；采用两个SSD组成RAID1，作为数据全局写缓存；因为采用RAID1,数据1+1备份，单个SSD故障不会丢失数据；
数据写入时CPU控制将顺序写数据直接写入磁盘阵列，随机写入数据则写入SSD缓存，SSD缓存带宽和磁盘阵列带宽共同承担写入的数据流。
作为优选方式，存储系统采用内存和SSD做为两级读缓存，所以数据读取速率＝内存命中率*内存带宽+SSD命中率*SSD带宽+磁盘阵列带宽。
一种高性能数据存储装置，包括IO接口、CPU和存储设备，存储设备包括内存、磁盘阵列和SSD；CPU分别与IO接口、内存、磁盘阵列和SSD连接；非易失缓存采用2个SSD组成RAID1，作为数据全局写缓存；数据有备份，提升可靠性；
数据写入时CPU控制将顺序写数据直接写入磁盘阵列，随机写入数据则写入SSD缓存，SSD缓存带宽和磁盘阵列带宽共同承担写入的数据流。
作为优选方式，存储装置采用内存和SSD做为两级读缓存，所以数据读取速率＝内存命中率*内存带宽+SSD命中率*SSD带宽+磁盘阵列带宽。
本发明的有益效果是：
1、非易失缓存采用2个SSD组成RAID 1，数据有备份，和传统技术比提升了数据可靠性，没有数据丢失风险。
2、数据写入时CPU控制将顺序写数据直接写入磁盘阵列，随机写入数据则写入SSD缓存，SSD缓存带宽和磁盘阵列带宽共同承担写入的数据流。传统技术写入速率最大为磁盘阵列的写入速度，本发明一方面选择顺序写到磁盘阵列，提升了磁盘阵列写入速度，另一方面增加了SSD缓存同步写入，写入速率为磁盘阵列速率+SSD速率。
3、采用内存和SSD做为两级读缓存，所以数据读取速率＝内存命中率*内存带宽+SSD命中率*SSD带宽+磁盘阵列带宽。传统采用内存做缓存，内存空间小，命中率低，速率为存命中率*内存带宽+磁盘阵列带宽。
4、传统技术如果自动优化磁盘数据存储结构有丢失数据的风险。本发明在系统空闲时，CPU将磁盘阵列内的文件碎片读出到SSD内，然后将这些文件顺序写入磁盘阵列，减少随机读发生概率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明存储系统的架构图；
图2为数据写入流程示意图；
图3为数据读取流程示意图；
图4为数据整理流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例一
一种高性能数据存储方法，包括：数据写入流程和数据读取流程；
数据写入流程包括：IO接口将数据写请求发给CPU，CPU分别将数据写入内存、SSD和磁盘阵列；
数据读取流程包括：IO接口将数据读请求发给CPU，CPU从内存、SSD或者磁盘阵列中读取数据返回IO接口。
如图2所示，数据写入流程包括：
IO接口将数据写请求发给CPU，CPU先将数据接收到内存；
CPU将内存接受到的数据同时向SSD缓存和磁盘阵列顺序写；
CPU将数据写到SSD缓存或磁盘阵列后，向IO接口返回数据写入成功的指令。
如图3所示，数据读取流程包括：
IO接口将数据读请求发给CPU后，执行如下操作：
CPU查找内存内是否有缓存数据，如果有直接返回；
CPU查找SSD内是否有缓存数据，如果有直接返回；
CPU从磁盘阵列中读取数据返回IO接口。
如图4所示，本实施例还包括数据整理流程，数据整理流程包括CPU判断系统处于空闲状态，从磁盘阵列中将碎片文件读出写入SSD。系统空闲时，CPU将磁盘阵列内的文件碎片读出到SSD内，然后将这些文件顺序写入磁盘阵列，减少随机读发生概率，提升磁盘阵列读取速度。
数据整理流程还包括CPU将写入SSD的碎片文件整理成大文件顺序写入磁盘阵列。本实施例将大部分的随机读写都转化成了顺序读写，并且在读写时同步缓存，极大提高了磁盘阵列的读写速率。
本实施例采用两个SSD组成RAID1,作为数据全局写缓存；
数据写入时CPU控制将顺序写数据直接写入磁盘阵列，随机写入数据则写入SSD缓存，SSD缓存带宽和磁盘阵列带宽共同承担写入的数据流。因为采用RAID1,数据1+1备份，单个SSD故障不会丢失数据。数据写入速率等于SSD+磁盘阵列顺序写的写入速率。
实施例二
如图1所示，一种高性能数据存储系统，包括IO接口、CPU和存储设备，存储设备包括内存、磁盘阵列和SSD；CPU分别与IO接口、内存、磁盘阵列和SSD连接；采用两个SSD组成RAID1，作为数据全局写缓存；因为采用RAID1,数据1+1备份，单个SSD故障不会丢失数据；因为SSD只是作为写缓存，所以SSD容量不需要太大，整个系统的存储容量主要由构成磁盘阵列的机械硬盘提供。
数据写入时CPU控制将顺序写数据直接写入磁盘阵列，随机写入数据则写入SSD缓存，SSD缓存带宽和磁盘阵列带宽共同承担写入的数据流。
存储系统采用内存和SSD做为两级读缓存，所以数据读取速率＝内存命中率*内存带宽+SSD命中率*SSD带宽+磁盘阵列带宽。
由于本实施例所介绍的系统为实施本发明实施例中一种高性能数据存储方法所采用的系统，故而本发明实施例中所介绍的方法，本领域所属技术人员能够了解本实施例的系统的具体实施方式以及各种变化形式，所以在此对于系统如何实现本发明实施例中的方法不再详细介绍。只要本领域所属技术人员实施本发明实施例中的方法所采用的系统，都属于本发明的保护范围。
实施例三
在实施例二的基础上，本发明将系统的各个部分整合以后，构成一种高性能数据存储装置，包括IO接口、CPU和存储设备，存储设备包括内存、磁盘阵列和SSD；CPU分别与IO接口、内存、磁盘阵列和SSD连接；非易失缓存采用2个SSD组成RAID 1，作为数据全局写缓存；数据有备份，提升可靠性；
数据写入时CPU控制将顺序写数据直接写入磁盘阵列，随机写入数据则写入SSD缓存，SSD缓存带宽和磁盘阵列带宽共同承担写入的数据流。
存储装置采用内存和SSD做为两级读缓存，所以数据读取速率＝内存命中率*内存带宽+SSD命中率*SSD带宽+磁盘阵列带宽。
由于本实施例所介绍的装置为实施本发明实施例中一种高性能数据存储方法所采用的装置，故而本发明实施例中所介绍的方法，本领域所属技术人员能够了解本实施例的装置的具体实施方式以及各种变化形式，所以在此对于装置如何实现本发明实施例中的方法不再详细介绍。只要本领域所属技术人员实施本发明实施例中的方法所采用的设备，都属于本发明的保护范围。
本领域的所属技术人员清楚，本发明的实施例可以为方法、系统、或装置的产品。尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高性能数据存储方法，其特征在于，包括：数据写入流程和数据读取流程；
数据写入流程包括：IO接口将数据写请求发给CPU，CPU分别将数据写入内存、SSD和磁盘阵列；具体流程包括：
IO接口将数据写请求发给CPU，CPU先将数据接收到内存；
CPU将内存接受到的数据同时向SSD缓存和磁盘阵列顺序写；
CPU将数据写到SSD缓存或磁盘阵列后，向IO接口返回数据写入成功的指令；
数据读取流程包括：IO接口将数据读请求发给CPU，CPU从内存、SSD或者磁盘阵列中读取数据返回IO接口；具体流程包括：
IO接口将数据读请求发给CPU后，执行如下操作：
CPU查找内存内是否有缓存数据，如果有直接返回；
CPU查找SSD内是否有缓存数据，如果有直接返回；
CPU从磁盘阵列中读取数据返回IO接口；
所述方法还包括数据整理流程，数据整理流程包括CPU判断系统处于空闲状态，从磁盘阵列中将碎片文件读出写入SSD；还包括CPU将写入SSD的碎片文件整理成大文件顺序写入磁盘阵列；
所述SSD共有两个，采用两个SSD组成RAID1，作为数据全局写缓存；数据写入时CPU控制将顺序写数据直接写入磁盘阵列，随机写入数据则写入SSD缓存，SSD缓存带宽和磁盘阵列带宽共同承担写入的数据流。
2.一种高性能数据存储系统，包括IO接口、CPU和存储设备，其特征在于：存储设备包括内存、磁盘阵列和SSD；CPU分别与IO接口、内存、磁盘阵列和SSD连接；采用两个SSD组成RAID1，作为数据全局写缓存；当进行数据存储过程时，采用如权利要求1所述的数据存储方法；并且在数据写入时，CPU控制将顺序写数据直接写入磁盘阵列，随机写入数据则写入SSD缓存，SSD缓存带宽和磁盘阵列带宽共同承担写入的数据流。
3.根据权利要求2所述的一种高性能数据存储系统，其特征在于：存储系统采用内存和SSD作为两级读缓存。
4.一种高性能数据存储装置，包括IO接口、CPU和存储设备，其特征在于：存储设备包括内存、磁盘阵列和SSD；CPU分别与IO接口、内存、磁盘阵列和SSD连接；非易失缓存采用2个SSD组成RAID1，作为数据全局写缓存；当进行数据存储过程时，采用如权利要求1所述的数据存储方法；并且在数据写入时，CPU控制将顺序写数据直接写入磁盘阵列，随机写入数据则写入SSD缓存，SSD缓存带宽和磁盘阵列带宽共同承担写入的数据流。
5.根据权利要求4所述的一种高性能数据存储装置，其特征在于：存储装置采用内存和SSD做为两级读缓存。
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