CN108228646B - 用于访问数据的方法和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本公开的各实施例总体上涉及用于读取数据的方法和电子设备。具体地，接收用于读取目标数据的请求，以及响应于该请求，通过检索在用于读取数据的高速缓存中生成的数据索引来检索所述目标数据。该方法还包括响应于检索到所述目标数据，提供所述目标数据。还提供了对应的***、装置和计算机程序产品。

Description

用于访问数据的方法和电子设备
技术领域
本公开的各实施例总体上涉及计算机领域，具体地涉及一种用于访问数据的方法和电子设备。
背景技术
在计算机技术发展过程中，主存储器存取速度一直比中央处理单元CPU处理速度慢得多，使得CPU的高速处理能力不能被充分发挥，从而整个计算机***的工作效率受到影响。为了缓和CPU和主存储器之间速度不匹配的矛盾，常用的方法之一是在存储层次上采用高速缓存存储器。高速缓存存储器是存在于主存储器与CPU之间的一级存储器，容量比较小但存取速度比主存储器高得多，接近于CPU的处理速度。在目前的实际应用中，当对高速缓存存储器进行大量输入输出(I/O)操作时，仍然可能出现***性能严重下降的问题。
发明内容
在本公开的一个方面，提供了一种用于读取目标数据的方法。该方法包括：接收用于读取目标数据的请求，以及响应于该请求，通过检索在用于读取数据的高速缓存中生成的数据索引来检索所述目标数据。该方法还包括响应于检索到所述目标数据，提供所述目标数据。
在一些实施例中，该方法还包括更新在所述用于读取数据的高速缓存中的所述数据索引。
在一些实施例中，所述更新在所述用于读取数据的高速缓存中的所述数据索引包括：响应于向所述用于读取数据的高速缓存中写入数据，生成针对所写入的数据的索引条目；以及使用所述索引条目更新所述数据索引。
在一些实施例中，所述生成针对所写入的数据的索引条目包括：响应于重命名所写入的数据，使用文件***识别码、索引节点识别码和偏移值来生成所述索引条目。
在一些实施例中，所述更新在所述用于读取数据的高速缓存中的所述数据索引包括：响应于所述目标数据被存储在持久存储设备中，将所述目标数据存入所述用于读取数据的高速缓存响应于将所述目标数据存入所述用于读取数据的高速缓存，生成针对所述目标数据的索引条目；以及使用所述索引条目更新所述数据索引。
在一些实施例中，所述检索所述目标数据还包括：响应于在所述用于读取数据的高速缓存中未检索到所述目标数据，检索用于写入数据的高速缓存。
在一些实施例中，所述检索所述目标数据还包括：响应于在所述用于写入数据的高速缓存中未检索到所述目标数据，检索持久存储设备。
在本公开的另一方面，提供一种电子设备。该电子设备包括：处理器和存储器，所述存储器被耦合到所述处理器并且存储有供所述处理器执行的指令。所述指令当由所述处理器执行时，使得所述电子设备：接收用于读取所述目标数据的请求；响应于所述请求，通过检索在用于读取数据的高速缓存中生成的数据索引来检索所述目标数据；以及响应于检索到所述目标数据，提供所述目标数据。
在本公开的又一方面，提供一种计算机程序产品。该计算机程序产品被有形地存储在非瞬态计算机可读介质上并且包括机器可执行指令，所述机器可执行指令在被执行时使机器执行上述的方法的步骤。
提供发明内容部分是为了简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的关键特征或主要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了可以用来实施本公开内容的实施例的示例设备的示意性框图；
图2示出了根据本公开的一个实施例的用于读取数据的示例方法的流程图；
图3示出了根据本公开的一个实施例的用于读取数据的示例方法；以及
图4示出了根据本公开的实施例的用于读取数据的装置的框图。
具体实施例
下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
对于存储设备，尤其是大型的存储服务器而言，其通常需要应对大量的I/O操作，例如数据写入和读取。为了改进数据的写入效率，一些电子设备构建了用于写入数据的高速缓存。例如用于写入数据的高速缓存可以是永久文件数据高速缓存(PFDC)，其包括文件数据高速缓存和数据记录。
然而，PFDC并不能用于改进读取性能。例如，对于位于PFDC之外的大量数据，诸如存储服务器之类的电子设备仍然从通用块设备文件***(CBFS)要求映射以读取数据。CBFS通常用于提供用于访问的应用程序接口(API)、管理文件和维持文件映射的一致性，等等。此外，对于映射而言，CBFS通常需要多个操作(例如参见图3中的步骤329-步骤345)才能完成映射。因此，对于经常应对大量读取操作的服务器而言，常规的读取方式增加了CBFS的负担，并且导致读取数据的效率缓慢。
为了至少部分地解决上述问题以及其他潜在问题，本公开的示例实施例提出了一种用于读取数据的方法和设备。根据本公开的实施例，通过建立用于读取数据的高速缓存，使得可以从高速缓存直接读取数据以提高读取数据的效率。
图1示出了可以用来实施本公开内容的实施例的示例设备的示意性框图。如图所示，设备100包括中央处理单元(CPU)101。CPU 101可以根据存储在只读存储器(ROM)102中的计算机程序指令或者从存储单元108加载到随机访问存储器(RAM)103中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 103中，还可存储设备100操作所需的各种程序和数据。CPU 101、ROM 102以及RAM 103通过总线104彼此相连。输入/输出(I/O)接口105也连接至总线104。
设备100中的多个部件连接至I/O接口105，包括：输入单元106，例如键盘、鼠标等；输出单元107，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元108，例如磁盘、光盘等；以及通信单元109，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元109允许设备100通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。存储单元108可以例如是上述的SSD、HDD、HHD或者目前已知或将来开发的任何其他类型的非易失性存储介质。
设备100例如可以是分布式***的一个计算机节点。设备100中的RAM 103可以包括多核高速缓存(MCC)。在本公开的一个实施例中，通过在MCC中构建哈希表(HASH)结构来对待读取的目标数据进行索引。可以理解，HASH结构仅是用于示例而非旨在对本公开的实施例进行限制，可以使用其它数据索引结构。
在一个示例中，MCC可以使用文件***识别码(FSID)、索引节点识别码(InodeNum)和偏移值(Offset)来创建针对数据(例如数据块)的索引条目，并且将数据条目***HASH结构来更新该数据索引。可以理解，也可以使用其它项来生成针对数据的索引条目。
对于数据被写入PFDC的情形而言，可以在数据被重命名时例如使用FSID、InodeNum和Offset来生成针对数据的索引条目，并且将该索引条目加入该数据目录，从而完成对于索引目录的更新。对于通过映射将数据从诸如SSD之类的持久存储设备读取至MCC的情形而言，也可以使用文件***识别码(FSID)、索引节点识别码(InodeNum)和偏移值(Offset)来创建针对被读入MCC的数据(例如数据块)的索引条目，并且将该索引条目加入该数据目录，从而完成对于索引目录的更新。
在一个实施例中，当数据从MCC被冲(flush)入持久数据设备中时，MCC可以从HASH结构中删除针对该数据的数据目录，从而完成对于索引目录的更新。
图2示出了根据本公开的一个实施例的用于读取数据的示例方法的流程图。在某些实施例中，方法200例如可以由图1中的CPU101执行机器可执行指令来实施，这里指令例如存储在经由总线104而耦合至CPU 101的存储器102和/或103中。也就是说，在某些实施例中，方法200可以借助于软件的方式来实现。备选地或附加地，如下文将会结合图4描述的，方法200也可以至少部分地借助于硬件模块来实现，包括但不限于：集成电路(IC)芯片、专用集成电路(ASIC)芯片、片上***(SoC)，等等。
在202中，接收用于读取目标数据的请求。在一个示例中，用户可以通过设备100之外的主机适配器(HOST)对计算机(例如，主机和/或服务器)进行操作(例如，对计算机文件***的I/O操作)。例如，在进行I/O读操作时，HOST向映射逻辑单元(MLU)发出读取数据的请求。该请求可以是读取设备100中例如MCC或持久存储设备中的数据的请求。
在204中，通过检索在用于读取数据的高速缓存中生成的数据索引来检索目标数据。在一个示例中，可以通过检索MCC中的HASH结构来检索目标数据。
在206中，提供目标数据。在一个示例中，当在MCC中检索到目标数据的索引条目时，可以根据该索引条目找到数据，并且将该数据提供给MLU以完成读取操作。
通过例如使用根据本公开的实施例，可以使用高速缓存中的数据索引来检索和读取目标数据，从而可以提高读取数据的效率。
图3是根据本公开的一个实施例的用于读取数据的示例方法300的示意图。图3可以是图2的一个具体示例。在图3所示的实施例中，用户可以通过设备100之外的HOST 310对计算机(例如，主机和/或服务器)进行操作(例如，对计算机文件***的I/O操作)。例如，在进行I/O读操作时HOST 310在311中向MLU 320发出读取请求，该写请求例如可以是读取设备100中MCC或是持久存储设备的请求。
在313中，MLU 320响应于接收到该请求，将具有FSID、InodeNum和偏移值的读取请求发送至MCC 350。在315中，MCC 350响应于接收到该读取请求，可以使用FSID、InodeNum和偏移值对MCC 350中的HASH表进行检索。MCC 350继而在317中完成检索并且将检索结果返回至MLU 320。在319中，MLU 320响应于检索到目标数据，将确认字符Ack发送给HOST 310以用于将目标数据发送给HOST 310。
如果MCC 350在HASH结构中未检索到目标数据，则MLU 320在321中向通用块设备文件***的应用程序接口(CBFS API)330发送对读取进行映射(MFR)的请求。在323中，CBFSAPI 330响应于接收到该MFR，向PDFC 340发送读取请求。在325中，PFDC 340响应于接收到该读取请求，检索PFDC中的HASH结构325。PFDC 340继而在327中完成检索，并且将检索结构返回至CBFS API 330。
在335中，响应于在PDFC中检索到目标数据的对应目录，CBFS API 330将地址回调至MLU 320以用于将目标数据经由MLU 320提供至HOST 310。如果在PDFC中未检索到目标数据的对应索引目录，则，CBFS API 330在329中向CBFS映射层360发出要求映射的请求。在331中，CBFS映射层360响应于接收到该请求，执行针对持久存储设备中的数据的映射操作。在333中，CBFS映射层360将映射结果返回至CBFS API 330。CBFS API 330继而在335中执行回调操作以将地址回调至MLU 320，从而用于将目标数据经由MLU 320提供至HOST 310。
在337中，MLU 320对MCC 350执行I/O请求包(IPR)读取操作。MCC 350 在339中告知MLU 320完成IPR读取。在341中，MLU 320继而向CBFS API 330发送对读取进行映射(CMFR)的请求。CBFS API 330在343中响应于接收到该请求对读取进行映射并且告知MLU320完成该操作。在345中，MLU 320向HOST发送Ack确认字符以用于将目标数据发送至HOST310。
通过在MCC 350设置用于读取目标数据的索引目录，可以通过检索该索引目录以直接返回目标数据，从而减少了读取目标数据的操作并且提高读取数据的效率。
图4示出了根据本公开的实施例的用于管理高速缓存的装置400的框图。例如，用于管理高速缓存的方法200可以由装置400实现。如图4所示，装置400可以包括收发模块410，被配置为接收用于读取目标数据的请求以及提供目标数据。装置400还可以包括检索模块420，被配置为，通过检索在用于读取数据的高速缓存中生成的数据索引来检索目标数据。
出于清楚的目的，在图4中没有示出装置400的某些可选模块。然而，应当理解，上文参考图1至图3所描述的各个特征同样适用于装置400。而且，装置400的各个模块可以是硬件模块，也可以是软件模块。例如，在某些实施例中，装置400可以部分或者全部利用软件和/或固件来实现，例如被实现为包含在计算机可读介质上的计算机程序产品。备选地或附加地，装置400可以部分或者全部基于硬件来实现，例如被实现为集成电路(IC)、专用集成电路(ASIC)、片上***(SOC)、现场可编程门阵列(FPGA)等。本公开的范围在此方面不受限制。
本公开可以是方法、装置、***和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于执行本公开的各个方面的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言-诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言-诸如"C"语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络-包括局域网(LAN)或广域网(WAN)-连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。
这里参照根据本公开实施例的方法、装置(***)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理单元，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理单元执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。
也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。
附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的***、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (15)

1.一种用于读取目标数据的方法，包括：
在映射逻辑单元MLU处接收用于读取高速缓存中的所述目标数据的请求；
通过检索在用于读取数据的所述高速缓存中生成的数据索引来检索所述目标数据，其中所述MLU被配置为接收针对所述目标数据的所述检索的结果，其中响应于在用于读取数据的所述高速缓存中未检索到所述目标数据，从所述MLU向通用块设备文件***的应用程序接口CBFS API发送对读取进行映射MFR请求，其中响应于接收到所述MFR请求，从所述CBFS API向永久文件数据高速缓存PFDC发送读取请求，其中响应于在所述PFDC处接收到所述读取请求，在所述PFDC中的HASH结构中检索所述目标数据，并且将所述检索的结果返回所述CBFS API；以及
在检索到所述目标数据时，向所述MLU提供所述目标数据以完成读取操作。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
更新在所述用于读取数据的高速缓存中的所述数据索引。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述更新在所述用于读取数据的高速缓存中的所述数据索引包括：
响应于向所述用于读取数据的高速缓存中写入数据，生成针对所写入的数据的索引条目；以及
使用所述索引条目更新所述数据索引。
4.根据权利要求3所述的方法，所述生成针对所写入的数据的索引条目包括：
响应于重命名所写入的数据，使用文件***识别码、索引节点识别码和偏移值来生成所述索引条目。
5.根据权利要求2所述的方法，其中所述更新在所述用于读取数据的高速缓存中的所述数据索引包括：
响应于所述目标数据被存储在持久存储设备中，将所述目标数据存入所述用于读取数据的高速缓存；以及
响应于将所述目标数据存入所述用于读取数据的高速缓存，生成针对所述目标数据的索引条目；以及
使用所述索引条目更新所述数据索引。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述检索所述目标数据还包括：
响应于在所述用于读取数据的高速缓存中未检索到所述目标数据，检索用于写入数据的高速缓存。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述检索所述目标数据还包括：
响应于在所述用于写入数据的高速缓存中未检索到所述目标数据，检索持久存储设备。
8.一种电子设备，包括：
处理器；
存储器，所述存储器被耦合到所述处理器并且存储有供所述处理器执行的指令，所述指令当由所述处理器执行时，使得所述电子设备：
在映射逻辑单元MLU处接收用于读取高速缓存中的目标数据的请求；
通过检索在用于读取数据的所述高速缓存中生成的数据索引来检索所述目标数据，其中所述MLU被配置为接收针对所述目标数据的所述检索的结果，其中响应于在用于读取数据的所述高速缓存中未检索到所述目标数据，从所述MLU向通用块设备文件***的应用程序接口CBFS API发送对读取进行映射MFR请求，其中响应于接收到所述MFR请求，从所述CBFS API向永久文件数据高速缓存PFDC发送读取请求，其中响应于在所述PFDC处接收到所述读取请求，在所述PFDC中的HASH结构中检索所述目标数据，并且将所述检索的结果返回所述CBFS API；以及
在检索到所述目标数据时，向所述MLU提供所述目标数据以完成读取操作。
9.根据权利要求8所述的电子设备，其中所述指令当由所述处理器执行时，还使得所述电子设备：
更新在所述用于读取数据的高速缓存中的所述数据索引。
10.根据权利要求8所述的电子设备，其中更新在所述用于读取数据的高速缓存中的所述数据索引包括：
响应于向所述用于读取数据的高速缓存中写入数据，生成针对所写入的数据的索引条目；以及
使用所述索引条目更新所述数据索引。
11.根据权利要求10所述的电子设备，所述生成针对所写入的数据的索引条目包括：
响应于重命名所写入的数据，使用文件***识别码、索引节点识别码和偏移值来生成所述索引条目。
12.根据权利要求9所述的电子设备，其中所述更新在所述用于读取数据的高速缓存中的所述数据索引包括：
响应于所述目标数据被存储在持久存储设备中，将所述目标数据存入所述用于读取数据的高速缓存；以及
响应于将所述目标数据存入所述用于读取数据的高速缓存，生成针对所述目标数据的索引条目；以及
使用所述索引条目更新所述数据索引。
13.根据权利要求8所述的电子设备，其中，所述检索所述目标数据还包括：
响应于在所述用于读取数据的高速缓存中未检索到所述目标数据，检索用于写入数据的高速缓存。
14.根据权利要求13所述的电子设备，其中，所述检索所述目标数据还包括：
响应于在所述用于写入数据的高速缓存中未检索到所述目标数据，检索持久存储设备。
15.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品被有形地存储在非瞬态计算机可读介质上并且包括机器可执行指令，所述机器可执行指令在被执行时使机器执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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