CN106502592A - 固态硬盘缓存块回收方法及*** - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种固态硬盘缓存块回收方法,包括:遍历固态硬盘中所有缓存块,统计每个所述缓存块中的无效数据扇区数;判断所述无效数据扇区数是否超过阈值,若是,则确认所述缓存块为待回收缓存块;将所有所述待回收缓存块中的有效数据进行合并,得到有效数据扇区数为零的待回收缓存块;对所述有效数据扇区数为零的待回收缓存块进行回收。通过统计缓存块中无效数据扇区数,检测空间利用率比较低的缓存块作为待回收缓存块,解决了变长缓存管理中,存在的数据利用低的问题,提高缓存块空间利用率。本申请公开了一种固态硬盘缓存块回收***,具有上述效果。
Description
技术领域
本发明涉及存储技术领域,特别涉及一种固态硬盘缓存块回收方法,还涉及一种固态硬盘缓存块回收***。
背景技术
在存储***中,固态硬盘(solid-state disk或solid-state drive,简称SSD,又称固态驱动器)是一种永久性存储器或非永久性存储器的电脑外部存储设备。固态硬盘用来在笔记本电脑中代替传统机械硬盘(HDD),不仅能够兼顾高IOPS和大容量存储需求,而且缓存数据速度快。
SSD以B+树管理方式对以固定大小容量的缓存块(bucket)为单位的缓存数据进行管理。缓存块中存在用户常访问的数据即有效数据和用户不常访问的数据即无效数据,在使用过程中,通常将SSD中的无效数据转换为HDD中的有效数据,然而,由于缓存块中无效数据扇区数各不相同,而且与即将置换的HDD中的有效数据扇区数不同,因此无法直接置换,导致SSD中的缓存块利用率低。
因此,如何提高SSD中缓存块利用率是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种固态硬盘缓存块回收方法,提高SSD中缓存块利用率。
为解决上述技术问题,本发明所提供固态硬盘缓存块回收方法,包括:
遍历固态硬盘中所有缓存块,计算所述缓存块中的无效数据扇区数;
判断所述无效数据扇区数是否超过阈值,若是,则确认所述缓存块为待回收缓存块;
提取所述待回收缓存块中的有效数据,得到用于回收的有效数据扇区数为零的待回收缓存块。
优选的,在上述固态硬盘缓存块回收方法中,所述统计每个所述缓存块中的无效数据扇区数,具体包括:
计算所述缓存块中每个节点的无效数据量;
将所有所述无效数据量求和,无效数据量的总和与所述缓存块中的总扇区数的比值为无效数据扇区数。
优选的,在上述固态硬盘缓存块回收方法中,所述将所有所述待回收缓存块中的有效数据进行合并,具体包括:
通过滑动窗口遍历所述待回收缓存块中预设固定数量的所述节点;
根据所述节点的无效数据量判断所述滑动窗口中的所述节点是否可以合并,若是,则将所述节点中的有效数据以红黑树的方式进行合并。
优选的,在上述固态硬盘缓存块回收方法中,所述根据所述节点的无效数据量判断所述滑动窗口中的所述节点是否可以合并的判断依据为:
N个所述节点的所述无效数据量之和与所述总扇区数的比值大于一个所述节点中的所述无效数据量与所述总扇区数的比值与2*(N-1)/3的乘积,其中,N大于或者等于1。
优选的,在上述固态硬盘缓存块回收方法中,所述遍历固态硬盘中所有缓存块之前,包括:
判断第一缓存队列中是否有可回收缓存块,如果有,则对所述可回收缓存块中写入数据,如果没有,则遍历所述固态硬盘中所用所述缓存块。
判断第二缓存队列中是否有可回收缓存块,如果没有则从所述第一缓存队列中提取所述可回收缓存块。
本发明一种固态硬盘缓存块回收***,包括:
计算模块,用于遍历固态硬盘中所有缓存块,计算所述缓存块中的无效数据扇区数;
判断模块,用于判断所述无效数据扇区数是否超过阈值,若是,则确认所述缓存块为待回收缓存块;
提取模块,用于提取所述待回收缓存块中的有效数据,得到用于回收的有效数据扇区数为零的待回收缓存块。
优选的,在上述固态硬盘缓存块回收***中,还包括:
排序模块,用于将所述有效数据以红黑树的方式进行排序。
从上述技术方案可以看出,本发明提供的一种固态硬盘缓存块回收方法,包括:遍历固态硬盘中所有缓存块,统计每个所述缓存块中的无效数据扇区数;判断所述无效数据扇区数是否超过阈值,若是,则确认所述缓存块为待回收缓存块;将所有所述待回收缓存块中的有效数据进行合并,得到有效数据扇区数为零的待回收缓存块;对所述有效数据扇区数为零的待回收缓存块进行回收。通过统计缓存块中无效数据扇区数,检测空间利用率比较低的缓存块作为待回收缓存块,解决了变长缓存管理中,存在的数据利用低的问题,提高缓存块空间利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,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,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的固态硬盘缓存块回收方法的流程图;
图2为本发明实施例所提供的固态硬盘缓存块回收***的结构框图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种固态硬盘缓存块回收方法及***,提高缓存块空间利用率。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参考图1,图1为本发明实施例所提供的固态硬盘缓存块。
在一种具体实施方式中,提供了固态硬盘缓存块回收方法,包括:
步骤S1:遍历固态硬盘中所有缓存块,计算所述缓存块中的无效数据扇区数。
其中,通常在以B+树管理变长缓存元数据的***中,以固定大小的缓存块为单位管理缓存数据,遍历过程中会统计B+树中无效数据扇区数,即无效数据占据的比例,作为回收的判断依据。
步骤S2:判断所述无效数据扇区数是否超过阈值,若是,则确认所述缓存块为待回收缓存块。
其中,阈值的大小根据实际需要进行设置,并不做具体限定。
步骤S3:提取所述待回收缓存块中的有效数据,得到用于回收的有效数据扇区数为零的待回收缓存块。
通过统计缓存块中无效数据扇区数,检测空间利用率比较低的缓存块作为待回收缓存块,解决了变长缓存管理中,存在的数据利用低的问题,提高缓存块空间利用率。
在上述固态硬盘缓存块回收方法的基础上,所述统计每个所述缓存块中的无效数据扇区数,具体包括:
计算所述缓存块中每个节点的无效数据量;
将所有所述无效数据量求和,无效数据量的总和与所述缓存块中的总扇区数的比值为无效数据扇区数。
其中,遍历每个缓存块中的整棵B+树,对每一个节点,先判断元数据“空”的程度,即无效元数据的量。计算得到的无效数据扇区数作为节点是否可以合并的依据。
在上述固态硬盘缓存块回收方法的基础上,所述将所有所述待回收缓存块中的有效数据进行合并,具体包括:
通过滑动窗口遍历所述待回收缓存块中预设固定数量的所述节点;
根据所述节点对应的无效数据量以及所述缓存块中的总扇区数判断所述滑动窗口中的所述节点是否可以合并,若是,则将所述节点进行合并,并提取合并后节点对应的有效数据。
例如,遍历过程会维护一个长度为4的滑动窗口,滑动窗口的大小可以根据需要进行修改,滑动窗口遍历的方式可以为深度优先的方式,滑动窗口,从左向右滑动,当滑动窗口中达到4个节点时,向下层递归,下层同样是一个滑动窗口,当一层完成时回到上一层继续滑动。根据所述节点的无效数据量判断滑动窗口内的节点是否可以合并,判断标准是n个节点合并成n-1个后,无效数据扇区数是否超过阈值,若满足条件则进行合并。
具体的,合并过程会重新分配新节点,将老的节点中的有效数据重新排序到新的节点中,这个过程中连续的有效数据会合并成一个。然后***新节点,将老节点放空,将缓存块进行放空,得到的放空的缓存块进行标记,标记该缓存块已使用的扇区数为0,即未使用状态,等待缓存置换来回收。
进一步的,在上述固态硬盘缓存块回收方法中,所述根据所述节点的无效数据量判断所述滑动窗口中的所述节点是否可以合并的判断依据为:
N个所述节点对应的无效数据量之和与所述缓存块中的总扇区数的比值大于2*(N-1)/3与一个所述节点对应的无效数据量与所述缓存块中的总扇区数的比值的乘积,其中,N>1。
上述固态硬盘缓存块回收方法的基础上,所述提取所述待回收缓存块中的有效数据之后,还包括:
将所述有效数据以红黑树的方式进行排序。
其中,若是表示该有效数据需要回收,提取后的有效数据加入到红黑树中,用一棵红黑树来维护以便可以按优先级顺序来对有效数据进行排序。有效数据的排序方法是判断节点及偏移,这样可以使连续的数据放到一起。将红黑树中维护的有效数据提取放置于一个空的缓存块,然后将剩下的有效数据为零的缓存块作为待回收的缓存块。
在上述固态硬盘缓存块回收方法的基础上,所述遍历固态硬盘中所有缓存块之前,还包括:
判断第一缓存队列中是否有所述有效数据扇区数为零的缓存块,如果有,则对所述有效数据扇区数为零的缓存块进行有效数据置换,如果没有,则从第二缓存队列中提取所述有效数据扇区数为零的缓存块。
在上述固态硬盘缓存块回收方法的基础上,所述从第二缓存队列中提取所述有效数据扇区数为零的缓存块,具体包括:
判断所述第二缓存队列中是否有所述有效数据扇区数为零的缓存块,如果没有,则对所述固态硬盘中的所述有效数据扇区数为零的待回收缓存块进行回收。
其中,两个队列来维护可用的缓存块,第二缓存队列如free队列,管理当前有效数据扇区数为零的待回收缓存块,第一缓存队列如free_inc队列,当需要一个新的有效数据扇区数为零的待回收缓存块时,先到free队列中找,若free队列没有,会启动缓存置换线程来置换,首先会将free_inc中的有效数据扇区数为零的待回收缓存块放到free队列中去,然后通过缓存置换,按一定的置换策略回收若干缓存块放到free_inc队列中,若是free_inc队列中有效数据扇区数为零的待回收缓存块数量不够,则尝试通过缓存置换来清理一些缓存块,若仍不够,则唤醒回收线程,来回收利用率低的缓存块。
下面对本发明实施例提供的固态硬盘缓存块回收***进行介绍,下文描述的固态硬盘缓存块回收***与方法可相互对应参照。请参考图2,图2为本发明固态硬盘缓存块回收***结构框图;
本发明一种固态硬盘缓存块回收***,包括:
计算模块100,用于遍历固态硬盘中所有缓存块,计算所述缓存块中的无效数据扇区数;
判断模块200,用于判断所述无效数据扇区数是否超过阈值,若是,则确认所述缓存块为待回收缓存块;
提取模块300,用于提取所述待回收缓存块中的有效数据,得到用于回收的有效数据扇区数为零的待回收缓存块。
进一步的,在上述固态硬盘缓存块回收***中,还包括:
排序模块,用于将所述有效数据以红黑树的方式进行排序。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块,或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种固态硬盘缓存块回收方法,其特征在于,包括:
遍历固态硬盘中所有缓存块,计算所述缓存块中的无效数据扇区数;
判断所述无效数据扇区数是否超过阈值,若是,则确认所述缓存块为待回收缓存块;
提取所述待回收缓存块中的有效数据,得到用于回收的有效数据扇区数为零的待回收缓存块。
2.如权利要求1所述的固态硬盘缓存块回收方法,其特征在于,所述计算所述缓存块中的无效数据扇区数,具体包括:
统计所述缓存块中每个节点对应的无效数据量;
将所有所述节点对应的无效数据量进行求和,得到节点无效数据量总和,所述节点无效数据量总和与所述缓存块中的总扇区数的比值为无效数据扇区数。
3.如权利要求2所述的固态硬盘缓存块回收方法,其特征在于,所述提取所述待回收缓存块中的有效数据,具体包括:
通过滑动窗口遍历所述待回收缓存块中预设固定数量的所述节点;
根据所述节点对应的无效数据量以及所述缓存块中的总扇区数判断所述滑动窗口中的所述节点是否可以合并,若是,则将所述节点进行合并,并提取合并后节点对应的有效数据。
4.如权利要求3所述的固态硬盘缓存块回收方法,其特征在于,所述根据所述节点对应的无效数据量和所述缓存块中的总扇区数判断所述滑动窗口中的所述节点是否可以合并,判断依据为:
N个所述节点对应的无效数据量之和与所述缓存块中的总扇区数的比值大于2*(N-1)/3与一个所述节点对应的无效数据量与所述缓存块中的总扇区数的比值的乘积,其中,N>1。
5.如权利要求4所述的固态硬盘缓存块回收方法,其特征在于,所述提取所述待回收缓存块中的有效数据之后,还包括:
将所述有效数据以红黑树的方式进行排序。
6.如权利要求5所述的固态硬盘缓存块回收方法,其特征在于,所述遍历固态硬盘中所有缓存块之前,还包括:
判断第一缓存队列中是否有所述有效数据扇区数为零的缓存块,如果有,则对所述有效数据扇区数为零的缓存块进行有效数据置换,如果没有,则从第二缓存队列中提取所述有效数据扇区数为零的缓存块。
7.如权利要求6所述的固态硬盘缓存块回收方法,其特征在于,所述从第二缓存队列中提取所述有效数据扇区数为零的缓存块,具体包括:
判断所述第二缓存队列中是否有所述有效数据扇区数为零的缓存块,如果没有,则对所述固态硬盘中的所述有效数据扇区数为零的待回收缓存块进行回收。
8.一种固态硬盘缓存块回收***,其特征在于,包括:
计算模块,用于遍历固态硬盘中所有缓存块,计算所述缓存块中的无效数据扇区数;
判断模块,用于判断所述无效数据扇区数是否超过阈值,若是,则确认所述缓存块为待回收缓存块;
提取模块,用于提取所述待回收缓存块中的有效数据,得到用于回收的有效数据扇区数为零的待回收缓存块。
9.如权利要求8所述的固态硬盘缓存块回收***,其特征在于,还包括:
排序模块,用于将所述有效数据以红黑树的方式进行排序。
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