存储系统和存储控制器以及存储系统中的缓存实现方法技术方案

本发明专利技术公开了一种存储系统。本发明专利技术在存储控制器（ＳＣ）内部设置高速磁盘，将设置的高速磁盘用作虚拟缓存，使得缓存容量可通过增加高速磁盘容量、以及所配置的虚拟缓存的大小而无限扩容。这样，可以不受系统硬件的限制而灵活地扩充缓存的容量，同时不会出现在读写缓存过程中反复进行数据读写导致数据通路开销很大的问题，也不会出现缓存和磁盘柜中的磁盘阵列竞争资源的问题，数据安全性存在的隐患也能够被消除。也就是说，本发明专利技术能够在实现缓存扩容的同时，避免现有方案中可能导致的各种降低存储系统性能的问题，因而能够通过缓存扩容来提高存储系统性能。本发明专利技术还公开了一种存储系统中的ＳＣ、以及一种存储系统中的缓存实现方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及緩存技术，特别涉及一种存储系统、 一种存储系统中的存储控制器(Storage Controller, SC )、以及一种存储系统中的緩存实现方法。
技术介绍
用于向网络主机提供服务的存储系统通常由SC和磁盘拒这两部分组 成，其中，》兹盘拒中设置了由多个成员》兹盘组成的独立》兹盘冗余阵列 (Redundant Array of Independent Disks, RAID )。图1为现存储系统的结构示意图。如图l所示，SC通过因特网小型计 算机接口 (Internet Small Computer System Interface, iSCSI)或者光纤通道 (Fibre Channel, FC)接口连接磁盘拒，存储系统中的SC包括主板芯片 组(Chip Set)，以及与主板芯片组相连的中央处理器(CPU) 、 RAID控制 器、系统盘、用作緩存的内存。其中，RAID控制器可以是一独立的硬件，称为硬RAID控制器，也可 以是运行于CPU中的一软件程序，称为软RAID控制器；系统盘可看作本 地磁盘，其中承载了 SC提供服务所需的软件和数据，例如操作系统；本文 所述的内存是指物理内存，例如，双倍速率同步动态随机存储器(Double Data RateSDRAM, DDR)等内存条，用以提升对网络主才几的响应速度。SC还具有与主板芯片组相连的业务接口 ，例如千兆以太网(GE )接口 、 光纤通道(Fibre Channel, FC)接口，业务接口用于外部客户端访问存储系 统。其中，客户端可以是通过网络与存储系统相连的主机，可简称为网络主 机。SC中的CPU根据业务接口接收到客户端的写请求或读请求，调用RAID控制器并向RAID控制器发出写请求以将某些数据写入至RAID中，或发出 读请求以获耳又RAID中存储的数据。对于CPU发出的写请求，RAID控制器先将待写入RAID的写数据写入 到内存中，实现对写数据的緩存，然后在预设的刷新时刻到来时，将内存中 的所有写数据批量刷新至RAID中。对于CPU发出的读请求，RAID控制器先在内存中查找，如果找到对应 的数据，即命中，则能够非常快速地直接读取，否则，从RAID中查找并读 取对应的数据。在如图l所示的存储系统中，緩存算法合理、访问规则合理，那么緩存 大小就成为了决定存储系统性能的主要因素。然而现有存储系统SC中的内存的槽位数量是有限的、且每根内存条的 容量也是有限的，因而使得存储系统中由内存构成的緩存容量有限，从而限 制了存储系统的性能。假设CPU和主板芯片组所能够支持的内存槽位数最多为4个，则存储 系统所能够支持的最大緩存容量-内存槽位数x每根内存条的最大容量。目前每根DDRII内存的最大容量是2GB,则图1所示的存储系统支持的最大 緩存容量就是8GB,无法再进一步地扩容。为了再进一步地提高緩存容量以提高存储系统性能，现有技术中还可以 将RAID中的部分成员磁盘作为緩存。参见图1,磁盘柜中的每一个圓形图 案表示RAID中的一个成员磁盘，其中的深色实心圆形图案表示作为緩存的 成员磁盘。该方案虽然能够实现緩存容量的进一步扩容，但却存在以下问题1 、緩存的数据传输通路过长。对于写请求，所有的写数据都必须由R AID 控制器通过iSCSI接口或者FC接口写入在RAID中用作緩存的成员磁盘中， 然后在刷新时刻到来时，已緩存的写数据通过iSCSI接口或者FC接口被读 回到RAID控制器后，再次通过iSCSI接口或者FC接口写入在RAID中的 对应成员磁盘中，使得FC/iSCSI数据通路的开销很大。同理，预先将RAID 中的数据读取至用作緩存的成员磁盘中以便后续根据读请求读取数据时，也存在同样的问题。在这样的开销下，即使用作緩存的成员磁盘为串行SCSI (SAS)磁盘、或固态磁盘(Solid State Disks, SSD)等高速^兹盘，其高速 的优势也会被抵消掉。2、 緩存和RAID竟争资源緩存和RAID共用相同的RAID控制器和 FC/iSCSI数据通路，会出现竟争资源的情况，从而降低存储系统的性能。3、 数据安全性存在隐患。如果系统中有多个磁盘拒，用作緩存的成员 磁盘所处的磁盘柜掉电时，緩存中的数据会丢失，且无法对其他磁盘拒中 RAID的读写数据实现緩存，从而降低存储系统的性能。可见，緩存扩容的目的是为了提高存储系统的性能，而现有将RAID中 的成员磁盘用作緩存以实现緩存扩容的方案，会导致各种降低存储系统性能 的问题出现，因而该方案并未通过緩存的扩容提高存储系统的性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种存储系统、 一种存储系统中的SC、以及 一种存储系统中的緩存实现方法，能够通过灵活的緩存扩容提高存储系统的性能。本专利技术提供的一种存储系统，用于向网络主机提供服务，该系统包括 存储控制器SC、包括至少一个低速磁盘的磁盘阵列，其特征在于，所述SC中包括用作虛拟緩存的高速磁盘，其读写速度大 于所述低速磁盘，用于緩存所述网络主机读/写所述磁盘阵列的数据。所述SC中还包括读写速度小于所述高速磁盘的本地磁盘，用于存放所 述存储系统用以提供服务的软件和数据。所述SC中还包括用作緩存的物理内存，其读写速度大于所述高速磁盘。所述SC中还包括虚拟緩存启动装置，用于控制所述虚拟緩存的开启 和关闭。本专利技术提供的一种存储系统中的SC,应用于网络主机与包括至少一个 低速磁盘的磁盘阵列之间，并向网络主机提供服务，其特征在于，6所述SC包括用作虛拟緩存的高速磁盘，其读写速度大于所述低速磁 盘，用于緩存所述网络主机读/写所述磁盘阵列的数据。所述SC中还包括读写速度小于所述高速磁盘的本地磁盘，用于存放所 述SC用以提供服务的软件和数据。所述SC中还包括用作緩存的物理内存，其读写速度大于所述高速磁盘。所述SC中还包括虚拟緩存启动装置，用于控制所述虚拟緩存的开启 和关闭。所述虚拟緩存启动装置在所述网络主机通过随机读取模式访问所述磁 盘阵列时，关闭所述虚拟緩存；在所述网络主机通过顺序读取模式访问所述 磁盘阵列时，开启所述虚拟内存。所述用作虛拟緩存的高速磁盘多于一个，所述多于一个的高速磁盘构成 第0级别的独立》兹盘冗余阵列RAIDO。本专利技术提供的 一种存储系统中的緩存实现方法，所述存储系统用于向网 络主机提供服务，该系统包括存储控制器SC、包括至少一个低速磁盘的 ;兹盘阵列，该方法包括在所述存储系统的存储控制器SC设置读写速度大于所述低速磁盘、且 用作虛拟緩存的高速磁盘，将网络主机读/写所述磁盘阵列的数据緩存在所述高速磁盘中。如果所述网络主机通过随机读取模式访问所述磁盘阵列，则关闭所述虚 拟緩存；如果所述网络主机通过顺序读取模式访问所述^f兹盘阵列，则开启所述虚 拟内存。本专利技术还公开了一种网络存储控制器，包括 前端接口 ，通过网络与网络主机相耦合； 后端接口，与^f兹盘阵列相耦合； 緩存，用以提升对网络主机请求的响应速度； 本地磁盘，用以存储网络控制器运行必须的软件；所述网络存储控制器还包括作为虛拟緩存的磁盘，用以提升对网络主机 请求的响应速度，其中该^磁盘的读写通道与本地^磁盘的读写通道相互独立。所述作为虚拟緩存的磁盘，其接口类型不同于本地磁盘接口的接口类 型，其读写速度大于本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储系统，用于向网络主机提供服务，该系统包括：存储控制器ＳＣ、包括至少一个低速磁盘的磁盘阵列，　其特征在于，所述ＳＣ中包括用作虚拟缓存的高速磁盘，其读写速度大于所述低速磁盘，用于缓存所述网络主机读／写所述磁盘阵列的数据。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡微，上官应兰，
申请(专利权)人：杭州华三通信技术有限公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]