預取用於使更新軌道離臺的數據軌道和奇偶校驗數據的製作方法

2023-12-05 12:30:21 2

預取用於使更新軌道離臺的數據軌道和奇偶校驗數據的製作方法
【專利摘要】提供了一種用於預取用於使更新軌道離臺的數據軌道和奇偶校驗數據的電腦程式產品、系統和方法。接收對軌道組的包含至少一個更新軌道的寫入請求。所述至少一個更新軌道被存儲在第一高速緩存設備中。預取請求被發送至至少一個順序存取存儲設備，以將所述軌道組中的軌道預取至第二高速緩存設備。在發送預取請求之後，讀取請求被生成以讀取預取軌道。從第二高速緩存設備返回至所述讀取請求的、所讀取的預取軌道被存儲在第一高速緩存設備中。從所述至少一個更新軌道和所讀取的預取軌道計算新的奇偶校驗數據。
【專利說明】預取用於使更新軌道離臺的數據軌道和奇偶校驗數據
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種預取用於使更新軌道離臺的數據軌道和奇偶校驗數據的電腦程式產品、系統和方法。
【背景技術】
[0002]在獨立磁碟冗餘陣列(RAID)存儲系統中，來自文件的數據被存儲在跨不同的磁碟驅動而分布的軌道中。步幅(stride)包括軌道和從跨磁碟驅動而條帶狀分布(stripe)的軌道計算的奇偶校驗數據。RAID控制器使軌道跨被配置為RAID設備的磁碟而條帶狀分布，同時將所述軌道寫入磁碟，計算被寫入一個或多個磁碟的奇偶校驗(或校驗和)值。所述奇偶校驗數據可以通過多個磁碟上的用戶數據而條帶狀分布或交織。利用所述奇偶校驗，如果一個或多個磁碟出現故障，則故障磁碟上的數據可以用算法恢復，所述算法結合奇偶校驗數據和倖存磁碟上的數據以重建故障磁碟上的數據。
[0003]當存儲控制器接收到對RAID步幅中的一個或多個軌道的寫入時，更新軌道被存儲在高速緩存中，直到決定將更新軌道離臺(destage)至步幅被條帶狀分布所跨的一個或多個存儲設備為止。如果在包含更新軌道的步幅中不是所有軌道都被保持在高速緩存中，則RAID控制器需要讀取除更新軌道之外的舊軌道、以及舊的奇偶校驗數據，以便將包含更新軌道的整個步幅重寫至磁碟，並計算新的奇偶校驗以在數據軌道被寫入時寫入。因此，當存儲控制器準備離臺時，其需要執行額外的讀取，並且直到所要求的舊軌道和舊的奇偶校驗被讀取時才能執行離臺操作。所述RAID控制器必須讀取舊的數據軌道和舊的奇偶校驗數據，然後將舊軌道和更新軌道相比較，更新奇偶校驗數據，再然後將整個步幅和數據寫入回至磁碟驅動。

【發明內容】

[0004]提供了一種預取用於使更新軌道離臺的數據軌道和奇偶校驗數據的電腦程式產品、系統和方法。接收對軌道組的包含至少一個更新軌道的寫入請求。所述至少一個更新軌道被存儲在第一高速緩存設備中。預取請求被發送至至少一個順序存取存儲設備，以將軌道組中的軌道預取至第二高速緩存設備。在發送預取請求之後生成讀取請求，以讀取預取軌道。從第二高速緩存設備返回至所述讀取請求的所讀取的預取軌道被存儲在第一高速緩存設備中。從所述至少一個更新軌道和所讀取的預取軌道計算新的奇偶校驗數據。
[0005]優選地，提供了一種系統，包括:具有多個順序存取存儲設備的存儲裝置，其中軌道的步幅和奇偶校驗數據跨所述順序存取存儲設備而條帶狀分布，其中順序存取存儲設備各自具有非易失性存儲設備、與該存儲裝置通信的存儲控制器，其包括:處理器、高速緩存設備、在其上包含由處理器運行以執行操作的計算機可讀程序代碼的計算機可讀存儲介質，所述操作包括:接收對被請求的步幅軌道的包含至少一個更新軌道的寫入請求；在高速緩存設備中存儲所述至少一個更新軌道；發送預取請求至至少一個所述順序存取存儲設備，以將被請求的步幅中的軌道預取至預取請求被發送至的每個順序存取存儲設備中的非易失性存儲設備；在發送預取請求之後，為預取請求被發送至的每個順序存取存儲設備生成讀取請求，以讀取預取軌道；將從非易失性存儲設備返回至所述讀取請求的、所讀取的預取軌道存儲在高速緩存設備中；以及從所述至少一個更新軌道和所讀取的預取軌道計算新的奇偶校驗數據。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]現在，將參考如以下附圖中所圖示的本發明的優選實施例，僅通過示例來描述本發明:
[0007]圖1圖示了計算環境的實施例；
[0008]圖2圖示了第一高速緩存管理信息的實施例；
[0009]圖3圖示了第二高速緩存管理信息的實施例；
[0010]圖4圖示了順序存取存儲設備的實施例；
[0011]圖5圖示了第一高速緩存控制塊的實施例；
[0012]圖6圖示了第二高速緩存控制塊的實施例；
[0013]圖7圖示了非易失性存儲高速緩存控制塊的實施例；
[0014]圖8圖示了空間索引條目的實施例；
[0015]圖9圖示了具有順序存取存儲設備的存儲裝置的實施例；
[0016]圖10圖示了存儲系統RAID配置信息的實施例；
[0017]圖11圖示了預取請求的實施例；
[0018]圖12圖示了處理包括對軌道組(如步幅)的更新軌道的寫入請求、並使更新軌道離臺的操作的實施例；
[0019]圖13和圖14圖示了處理讀取請求以讀取預取軌道的操作的實施例。
【具體實施方式】
[0020]圖1圖示了計算環境的實施例。多個主機2a、2b"?2n可以通過網絡6向存儲控制器4提交輸入/輸出(I/O)請求以存取存儲裝置10中卷8 (例如，邏輯單元號、邏輯設備、邏輯子系統等)的數據。所述存儲控制器4包括處理器複合體12 (其包括一個或多個具有單個或多個核心的處理器)、第一高速緩存14、用以備份高速緩存14中的軌道的第一高速緩存備份設備16、以及第二高速緩存18。第一高速緩存14和第二高速緩存18緩存在主機2a、2b…2n和存儲裝置10之間轉移的數據。第一高速緩存備份設備16可提供第一高速緩存14中的軌道的非易失性存儲。在另外的實施例中，第一高速緩存備份設備16可以位於與第一高速緩存14不同的電源邊界(power boundary)上的集群或硬體中。
[0021]所述存儲控制器4具有:存儲器20，其包括用於管理在主機2a、2b-2n和存儲裝置10之間轉移的軌道的轉移的存儲管理器22、和管理在第一高速緩存14、第一高速緩存備份設備16和第二高速緩存18中的、在主機2a、2b…2n和存儲裝置10之間轉移的數據的高速緩存管理器24。軌道可以包括在存儲裝置10中配置的任意數據單元，諸如軌道、邏輯塊地址(LBA)等，其是諸如卷、邏輯設備等的更大的軌道組的一部分。高速緩存管理器24維持第一高速緩存管理信息26和第二高速緩存管理信息28，以管理第一高速緩存14和第二高速緩存18中的讀取(未被修改)和寫入(被修改)軌道。第一高速緩存備份設備索引30提供了對於第一高速緩存備份設備16中的位置的軌道標識符的索引。
[0022]存儲管理器22和高速緩存管理器24在圖1中所示為被加載到存儲器20並由處理器複合體12運行的程序代碼。或者，一些或所有功能可以在存儲控制器4中的硬體設備中實現，諸如在專用集成電路(ASIC)中。
[0023]第二高速緩存18可以在日誌結構陣列(LSA)32中存儲軌道，其中軌道以被接收的順序次序被寫入，由此提供了軌道被寫入第二高速緩存18的時間次序。在LSA中，已經出現在LSA中的軌道的之後版本被寫入LSA32的端部。在另外的實施例中，第二高速緩存18可以用除了 LSA中的格式之外的格式存儲數據。
[0024]存儲器20還包括存儲裝置RAID配置信息36，其提供了有關對於存儲裝置10的RAID配置的信息，該信息被存儲管理器22用於確定如何形成寫入存儲系統10的步幅，其中所述步幅中的軌道跨存儲系統10的存儲設備而條帶狀分布。在這樣的RAID實施例中，存儲管理器22可以實現RAID控制器操作。
[0025]在一個實施例中，第一高速緩存14可以包括隨機存取存儲器(RAM)，諸如動態隨機存取存儲器(DRAM)，第二高速緩存18可以包括快閃記憶體，諸如固態器件，並且，存儲裝置10包括一個或多個順序存取存儲設備，諸如硬碟驅動和磁帶。存儲裝置10可以包括單個順序存取存儲設備、或可以包括存儲設備陣列，諸如簡單磁碟捆綁(JB0D)、直接存取存儲設備(DASD)、獨立磁碟冗餘陣列(RAID)陣列、虛擬化設備等。在一個實施例中，第一高速緩存14是比第二高速緩存18更快的存取設備，第二高速緩存18是比存儲裝置10更快的存取設備。而且，第一高速緩存14可能具有比第二高速緩存18更高的單位存儲成本，第二高速緩存18可能具有比存儲裝置10中的存儲設備更高的單位存儲成本。
[0026]第一高速緩存14可以是存儲器20的一部分或在諸如DRAM的單獨的存儲器設備中實現。在一個實施例中，第一高速緩存備份設備16可以包括非易失性備份存儲裝置(NVS)，諸如非易失性存儲器，例如，電池備份隨機存取存儲器(RAM)、靜態RAM (SRAM)等。
[0027]網絡6可以包括存儲區域網絡(SAN)、區域網路(LAN)、廣域網絡(WAN)、網際網路和內部網，等等。
[0028]圖2圖示了第一高速緩存管理信息26的實施例，其包括:軌道索引50，其向控制塊目錄52中的控制塊提供第一高速緩存14中的軌道的索引；未被修改的順序LRU列表54，其提供第一高速緩存14中的未被修改的順序軌道的時間次序；被修改的LRU列表56，其提供第一高速緩存14中的被修改的順序和非順序軌道的時間次序；以及未被修改的非順序LRU列表58，其提供第一高速緩存14中未被修改的非順序軌道的時間次序。
[0029]在某些實施例中，一旦確定第一高速緩存備份設備16是滿的，則被修改的LRU列表56被用於使被修改的軌道從第一高速緩存14離臺，使得那些軌道在第一高速緩存備份設備16中的拷貝可以被丟棄，從而在第一高速緩存備份設備16中為新的被修改的軌道騰出空間。
[0030]圖3圖示了第二高速緩存管理信息28的實施例，其包括:軌道索引70，其向控制塊目錄72中的控制塊提供第二高速緩存18中的軌道的索引；未被修改的列表74，其提供第二高速緩存18中的未被修改的軌道的時間次序；以及空間索引76，其基於被修改的軌道在存儲裝置10中存儲的物理位置，提供第二高速緩存18中的被修改的軌道的空間次序。
[0031]所有LRU列表54、56、58和74都可以包括根據被識別的軌道上次被存取的時間而排序的第一高速緩存14和第二高速緩存18中的軌道的軌道ID。LRU列表54、56、58和74具有指示最近被存取的軌道的最近使用的(MRU)端、和指示最近最少使用或存取的軌道的LRU端。將添加至高速緩存14和18的軌道的軌道ID添加至LRU列表的MRU端，而從LRU端存取從高速緩存14和18降級(demote)的軌道。軌道索引50和70和空間索引76可以包括散點(scatter)索引表(SIT)。替代的類型數據結構可以被用於提供高速緩存14和18中的軌道的時間次序以及第二高速緩存18中的軌道的空間次序。
[0032]非順序軌道可以包括聯機事務處理(OLTP)軌道，其通常包括不完全隨機且具有一些引用的地方(some locality of reference)(即，具有被重複存取的可能性)的小塊寫入。
[0033]圖4圖示了順序存取存儲設備100的實施例，其中存儲裝置10可以由一個或多個順序存取存儲設備100實現。順序存取存儲設備100包括示出為I/O管理器102的控制邏輯、用以緩衝被修改的數據的非易失性存儲設備104、和存儲器106，存儲器106包括:軌道索引108，其向控制塊目錄110中的控制塊提供非易失性存儲設備104中的軌道的索引的；空間索引112，其提供非易失性存儲設備104中的軌道(讀取和寫入)在順序存取存儲介質114中存儲將被讀取或寫入的軌道的物理位置上的空間次序；以及請求隊列116，在其中讀取和寫入請求被排隊。請求隊列116中的條目可以識別請求的類型(讀取或寫入)和被請求的軌道，被請求的軌道在順序存取存儲介質114上的位置可以從空間索引112確定。I/O管理器102將讀取和寫入請求添加到請求隊列112，並從請求隊列112存取讀取和寫入請求以針對順序存取存儲介質114執行。I/O管理器102可以發送命令至讀取/寫入控制單元118，其生成控制信號，以將一個或多個具有讀取/寫入頭120的致動器(actuator)移動到數據在順序存取存儲介質114上可以被讀取或寫入的位置。
[0034]存儲器106還包括優先級讀取隊列122，用以緩衝高優先級的讀取請求。較低的或不高的優先級的讀取請求被添加到請求隊列116。存儲控制器4可以在被提交到順序存取存儲設備100的讀取請求的報頭欄位中指示該讀取請求的優先級。在某些實施例中，優先級讀取隊列122和請求隊列116中的讀取請求基於時間次序或它們被添加到隊列116和122的次序被讀取，其中所述隊列可以包括LRU隊列。離臺請求基於寫入請求被接收的時間次序被添加到請求隊列116。基於空間索引112處理非易失性存儲設備104中的被修改的軌道和請求隊列116中的讀取請求,所以當在請求隊列116中處理離臺或讀取請求時,基於讀取/寫入頭120的當前位置，使用空間索引112選擇將被離臺或讀取的軌道。由此，雖然讀取請求和離臺請求根據時間次序被添加到請求隊列116，但是它們在請求隊列116中基於它們在順序存取存儲介質114中相對於讀取/寫入頭120的位置而被處理，以最小化讀取/寫入頭120搜尋和介質114旋轉以存取將被讀取或寫入的軌道位置的時間。
[0035]設備100中的緩衝器124可以臨時緩衝讀取和寫入輸入請求和被返回至讀取請求的數據。緩衝器124也可以用於臨時緩衝對於不在非易失性存儲設備中維持的寫入請求(諸如，對於順序寫入請求和它們被修改的數據)的被修改的軌道。緩衝器124可以在非易失性存儲設備104之外的單獨的設備中，並且可以包括比非易失性存儲設備104中可用的存儲空間更小的存儲空間。或者，一些或所有緩衝器124可以在非易失性存儲設備中實現。
[0036]非易失性存儲裝置(NVS) LRU列表126提供對於非易失性存儲設備104中緩衝的軌道的LRU隊列，其包括要寫入順序存取存儲介質114的被修改的軌道和預取軌道。NVSLRU列表126可以用於確定在非易失性存儲設備104中的空間需要被釋放的情況下從非易失性存儲設備104移除的軌道。
[0037]順序存取存儲介質114可以包括用於硬碟驅動設備的一個或多個硬碟驅動碟片、或磁帶。在某些實施例中，非易失性存儲設備104可以包括快閃記憶體設備(其包含固態存儲裝置)。在某些實施例中，在包括順序存取存儲設備100的部件的附件(enclosure)內，在順序存取存儲設備100的電路板上實現非易失性存儲設備104 (例如快閃記憶體)。例如，可以包括8GB快閃記憶體設備。
[0038]I/O管理器102的一些或所有功能可以實現為由順序存取存儲設備100中的處理器運行的代碼。或者，I/o管理器102的一些或所有功能可以在順序存取存儲設備100上的ASIC中實現。
[0039]在順序存取存儲設備100包括非易失性存儲設備104的一個實施例中，存儲控制器4可以僅包括第一高速緩存14，而不包括第二高速緩存18，因為第二級高速緩存實現為順序存取存儲設備100中的非易失性存儲設備104。而且，在存儲控制器4包括第一高速緩存14和第二高速緩存18的實施例中，順序存取存儲設備100可以包括或可以不包括非易失性存儲設備104。
[0040]圖5圖示了控制塊目錄52中的第一高速緩存控制塊150條目的實施例，其包括控制塊標識符(ID) 152、軌道在第一高速緩存14中的物理位置的第一高速緩存位置154、指示所述軌道被修改或未被修改的信息156、以及指示所述軌道是順序或非順序存取的信息158。
[0041]圖6圖示了第二高速緩存控制塊目錄72中的第二高速緩存控制塊160條目的實施例，其包括控制塊標識符(ID) 162和軌道在LSA32中所處的LSA位置164。在某些實施例中，第二高速緩存控制塊160還可以包括預取標誌166，其指示所述軌道是否用於預取操作，以便預取軌道可以在第二高速緩存18中被維持更久以可用於將需要預取軌道的讀取。未被修改的LRU列表74可以識別從第一高速緩存14被降級且提升至第二高速緩存18的未被修改的非順序軌道、以及從存儲裝置10讀取以預取用於接下來的操作的預取軌道。
[0042]圖7圖示了非易失性存儲設備104的控制塊目錄110中的非易失性存儲控制塊170條目的實施例，其包括控制塊標識符(ID)172和軌道所處的物理位置174，諸如，如果所述軌道被存儲在非易失性存儲設備上的LSA中則為LSA位置。在某些實施例中，非易失性存儲控制塊170可以包括預取標誌176，其指示所述軌道是否被從順序存取存儲介質114中讀取並置於非易失性存儲設備104中而作為預取操作的一部分。在某些實施例中，作為預取操作的一部分而從順序存取存儲介質114中讀取的軌道可以在被移除以釋放空間之前在非易失性存儲設備104中被維持更久。
[0043]圖8圖示了空間索引條目180，其包括非易失性存儲設備104中的軌道的軌道標識符182、和將被讀取或寫入的軌道在順序存取存儲介質114中被存儲的物理位置184 (諸如柱面(cylinder)、碟片號、柱面上角位置等)。
[0044]在實施例中，請求隊列116可以包括基於數據在順序存取存儲介質上的位置的空間次序選擇用於處理的低優先級讀取請求和寫入請求。當順序存取存儲設備100包括硬碟驅動且順序存取存儲介質114包括磁碟時，空間索引112指示軌道在磁碟上的柱面。為了確定請求隊列116中能夠以最少的時間從讀取/寫入頭120的當前位置存取的軌道，I/O管理器102可以分析空間索引112中將被讀取或寫入的軌道的柱面和角位置，以估計讀取/寫入頭120搜尋到軌道的柱面和旋轉讀取/寫入頭之下的磁碟以到達所要求的軌道的角位置的時間。接著，I/o管理器可以選擇請求隊列116中具有最小估計存取時間的軌道。
[0045]優先級讀取隊列122可以包括高優先級讀取請求，並且優先級讀取隊列122中的請求可以以比請求隊列116中的請求更高的優先級被處理。
[0046]在其它實施例中，順序存取存儲設備114可以包括具有多個磁碟碟片和用於寫入各個碟片的多個寫入頭的硬碟驅動。I/O管理器102可以確定從寫入頭的當前位置搜尋和旋轉到每個磁碟碟片上的每個被修改的軌道的估計時間，以選擇具有最小估計時間的被修改的軌道以跨磁碟碟片而進行存取。
[0047]在替代實施例中，請求隊列116中的較低優先級請求可以根據被要求的軌道的時間次序(而不僅僅是空間次序)被處理。
[0048]另外，如果I/O管理器104確定需要執行離臺操作以使非易失性存儲設備104中的被修改的軌道離臺至順序存取存儲介質114以釋放非易失性存儲設備104中的空間，則離臺操作可以中斷對優先級讀取隊列122和請求隊列116中的請求的處理。
[0049]圖9圖示了圖1的存儲裝置10的實施例，其包括順序存取存儲設備200的陣列，其中每個順序存取存儲設備200可以包括順序存取存儲設備100或其它順序存取存儲設備。存儲管理器22可以包括RAID控制器以跨順序存取存儲設備200而條帶狀分布步幅中的軌道和奇偶校驗數據。
[0050]圖10圖示了存儲裝置RAID配置36的實施例，其被維持以確定如何形成第一高速緩存14中的被修改的軌道離臺至存儲裝置10的步幅。RAID級別230指示使用的RAID配置，存儲用戶數據的軌道的數據磁碟(m) 232的數目、以及存儲從數據磁碟522計算的奇偶校驗的奇偶校驗磁碟(P) 234的數目(其中P可以是一個或多個)指示用於存儲所計算的奇偶校驗塊的磁碟的數目。來自第一高速緩存14的軌道的步幅可以跨存儲系統10中的磁碟200而條帶狀分布。在替代實施例中，所述軌道和任意奇偶校驗數據可以以組被排列，所述組不局限於RAID步幅，而可以是用於對數據進行分組以跨磁碟而寫入的其它組類型。
[0051]圖11圖示了預取請求250的實施例，其包括預取請求252操作代碼、指示順序存取存儲介質114中開始預取的起始軌道的軌道地址254、以及指示預取開始的轉移長度256。
[0052]圖12圖示了由存儲管理器22和高速緩存管理器24執行的操作的實施例，其管理具有對於跨順序存取存儲設備200而條帶狀分布的步幅中的軌道的更新軌道的寫入請求。一旦接收到(在塊300)包括更新軌道的寫入請求，存儲管理器22可以將更新軌道存儲(在塊302)在第一高速緩存14、或第一高速緩存設備中。因為稍後需要步幅中的其它軌道和奇偶校驗數據以使更新軌道離臺以便為該步幅計算新的奇偶校驗，所以存儲管理器22對於每個非順序存取存儲設備100生成(在塊304)包括至少一個順序存取存儲設備中的軌道和奇偶校驗數據至第二高速緩存設備的預取請求250。所述預取軌道可以包括步幅中除了由寫入請求更新的軌道之外的軌道、和用於該步幅的奇偶校驗數據。在一個實施例中，第二高速緩存設備可以包括存儲控制器4中的第二高速緩存18、或者可以替代地包括順序存取存儲設備100中的非易失性存儲設備104 (圖4)。
[0053]高速緩存管理器24可以發起(在塊306)使第一高速緩存14中的更新軌道離臺的操作以便釋放第一高速緩存14中的空間。在這種情況下，存儲管理器22接著可能需要存取預取軌道以便寫入條帶狀的所有軌道(其包括更新軌道)，並計算用於該步幅的奇偶校驗。為了獲取舊的軌道和舊的奇偶校驗，存儲管理器22生成(在塊308)至少一個讀取請求，以讀取來自第二高速緩存設備(第二高速緩存18或非易失性存儲設備104)的預取軌道。所讀取的從第二高速緩存設備18、104返回到讀取請求的預取軌道被存儲(在塊310)在第一高速緩存設備14中。存儲管理器22從至少一個更新軌道和所讀取的預取軌道(包括奇偶校驗數據)計算(在塊312)新的奇偶校驗數據，並使包括更新軌道和所讀取的預取軌道的軌道步幅和新的奇偶校驗數據離臺(在塊314)至至少一個順序存取存儲設備200。
[0054]在一個實施例中，當軌道被跨順序存取存儲設備200而條帶狀分布時，存儲管理器22可以根據RAID算法(諸如RAID5或某個其它RAID級別)計算奇偶校驗數據。
[0055]圖13圖示了當第一和第二高速緩存設備分別包括存儲控制器4中的第一高速緩存14和第二高速緩存18時、高速緩存管理器24處理來自存儲管理器22的讀取請求的操作的實施例。在圖13的實施例中，順序存取存儲設備100可以包括或可以不包括非易失性存儲設備104。一旦處理(在塊350)讀取請求，高速緩存管理器24 (或存儲管理器22)就確定(在塊352)預取軌道是否在第二高速緩存18中。當與更新軌道結合時，如果(在塊354)第二高速緩存18中的一些或所有預取軌道被需要以形成全步幅，則高速緩存管理器24將預取軌道從第二高速緩存18提升(在塊356)至第一高速緩存14，用於預取第二高速緩存18中的軌道。如果(在塊358)在第二高速緩存18中沒有為了形成步幅而所需要的一些預取軌道、或者在第二高速緩存18中沒有預取軌道(從塊354的「否」分支)，則高速緩存管理器24傳送(在塊360)讀取請求至具有不在第二高速緩存18中的預取軌道的每個順序存取存儲設備200。響應於被傳送至順序存取存儲設備的讀取請求而從順序存取存儲設備200返回的預取軌道被存儲(在塊362)在第一高速緩存14中。在圖13的實施例中，順序存取存儲設備200可以包括或可以不包括非易失性存儲設備104。
[0056]一旦步幅(或組)中的所有軌道都在第一高速緩存14中(其包括舊的預取軌道、新的更新軌道和奇偶校驗數據)，則數據可以跨存儲步幅中的軌道的順序存取存儲設備200而條帶狀分布。
[0057]圖14圖示了當存儲步幅中的軌道和奇偶校驗數據的每個非順序存儲設備200包括如圖4所示的非易失性存儲設備104時、發送讀取請求的操作的實施例，其中，在這種情況下，順序存取存儲設備200內包括多個第二高速緩存設備。在這些實施例中，響應於預取請求，預取軌道被存儲在每個順序存取存儲設備200中的非易失性存儲設備104中。在這些實施例中，一旦發起(在塊400)發送讀取請求的操作，存儲管理器22就發送(在塊402)讀取請求至每個順序存取存儲設備200，以從順序存取存儲設備200中的非易失性存儲設備104存取預取軌道。在一個實施例中，所述讀取請求可以被指定為高優先級，諸如比預取請求被提交至順序存取存儲設備200的優先級更高的優先級。
[0058]在所述實施例中，所述預取請求被指定為以低於讀取請求的優先級被處理。所述預取請求被添加到請求隊列116，其中，根據請求隊列116中的讀取和寫入軌道的空間次序處理所述預取請求。然而，如果要針對順序存取存儲介質114而處理讀取請求，諸如預取軌道不在非易失性存儲設備104中的情況，則會基於優先級讀取隊列122中的讀取請求的時間次序以更高的優先級處理所述讀取請求。例如，在稍後當更新軌道準備離臺時，以高優先級使軌道的條帶離臺的存儲管理器22會需要舊的軌道和奇偶校驗數據以使所述軌道和奇偶校驗數據跨順序存取存儲設備200而條帶狀分布。在這樣的情況下，存儲管理器22可以以比存儲管理器22使更新軌道從第一高速緩存14離臺的高優先級低的優先級預取舊的軌道和舊的奇偶校驗。然而，當存儲管理器22需要使更新軌道離臺時，則以比發送預取請求的優先級高的高優先級發出對被預取的軌道的讀取請求。
[0059]所述實施例提供了如下技術:允許使用初級或第一級高速緩存設備和存儲來自順序存取存儲設備的步幅中的舊的軌道和奇偶校驗數據的存儲裝置之間的第二級高速緩存設備，以使得在步幅中的更新軌道需要被離臺時可用。所述實施例減少了離臺時讀取舊的數據和舊的奇偶校驗的讀取延時，因為舊的軌道和奇偶校驗以較低優先級被預取，以使得當離臺所需時在更快的存取設備中可用。
[0060]進一步的優勢通過如下實現:允許讀取請求的優先級指示，以便由於使被修改的軌道離臺至順序存取存儲介質114的操作而對高優先級讀取請求和較低優先級預取請求的處理不會過度地延遲。這樣，高優先級讀取請求可以以比較低優先級讀取請求、預取請求和使對於在非易失性存儲設備104中緩存的寫入請求的被修改的軌道離臺的離臺請求更高的優先級被處理。
[0061]此外，通過所述實施例，基於請求隊列中接收到的較低優先級讀取請求和對於寫入請求的離臺請求的空間次序，處理請求隊列116中的較低優先級讀取請求。基於接收到的高優先級讀取請求的時間次序，處理對於舊的軌道和舊的奇偶校驗的高優先級讀取和預取請求。然而，基於寫入請求、低優先級讀取請求、預取請求的空間次序、以及讀取/寫入頭120的當前位置，處理對於寫入請求、預取請求和低優先級讀取請求的被修改的軌道，以優化讀取和寫入請求的搜尋和延遲。
[0062]所描述的操作可以使用標準的編程和/或工程技術生產出的軟體、固件、硬體或者任何上述的組合來實現為系統、方法或電腦程式產品。因此，本發明的各個方面可以具體實現為以下形式，即:完全的硬體實施方式、完全的軟體實施方式(包括固件、駐留軟體、微代碼等)，或硬體和軟體方面結合的實施方式，這裡可以統稱為「電路」、「模塊」或「系統」。此外，在一些實施例中，本發明的各個方面還可以實現為在一個或多個計算機可讀介質中的電腦程式產品的形式，該計算機可讀介質中包含計算機可讀程序代碼。
[0063]可以採用一個或多個計算機可讀介質的任意組合。計算機可讀介質可以是計算機可讀信號介質或者計算機可讀存儲介質。計算機可讀存儲介質例如可以是一但不限於——電、磁、光、電磁、紅外線、或半導體的系統、裝置或器件，或者任意以上的組合。計算機可讀存儲介質的更具體的例子(非窮舉的列表)包括:具有一個或多個導線的電連接、可攜式計算機盤、硬碟、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、可擦式可編程只讀存儲器(EPR0M或快閃記憶體)、光纖、可攜式緊湊盤只讀存儲器(CD-ROM)、光存儲器件、磁存儲器件、或者上述的任意合適的組合。在本文件中，計算機可讀存儲介質可以是任何包含或存儲程序的有形介質，該程序可以被指令執行系統、裝置或者器件使用或者與其結合使用。
[0064]計算機可讀的信號介質可以包括在基帶中或者作為載波一部分傳播的數據信號，其中承載了計算機可讀程序代碼。這種傳播的數據信號可以採用多種形式，包括一但不限於——電磁信號、光信號或上述的任意合適的組合。計算機可讀的信號介質還可以是計算機可讀存儲介質以外的任何計算機可讀介質，該計算機可讀介質可以發送、傳播或者傳輸用於由指令執行系統、裝置或者器件使用或者與其結合使用的程序。
[0065]可以以一種或多種程序設計語言的任意組合來編寫用於執行本發明操作的電腦程式代碼，所述程序設計語言包括面向對象的程序設計語言一諸如Java、Smalltalk、C++等，還包括常規的過程式程序設計語言一諸如「C」語言或類似的程序設計語言。程序代碼可以完全地在用戶計算機上執行、部分地在用戶計算機上執行、作為一個獨立的軟體包執行、部分在用戶計算機上部分在遠程計算機上執行、或者完全在遠程計算機或伺服器上執行。在涉及遠程計算機的情形中，遠程計算機可以通過任意種類的網絡一包括區域網(LAN)或廣域網(WAN)—連接到用戶計算機，或者，可以連接到外部計算機(例如利用網際網路服務提供商來通過網際網路連接)。
[0066]下面將參照根據本發明實施例的方法、裝置(系統)和電腦程式產品的流程圖和/或框圖描述本發明。應當理解，流程圖和/或框圖的每個方框以及流程圖和/或框圖中各方框的組合，都可以由電腦程式指令實現。這些電腦程式指令可以提供給通用計算機、專用計算機或其它可編程數據處理裝置的處理器，從而生產出一種機器，使得這些電腦程式指令在通過計算機或其它可編程數據處理裝置的處理器執行時，產生了實現流程圖和/或框圖中的一個或多個方框中規定的功能/動作的裝置。
[0067]也可以把這些電腦程式指令存儲在計算機可讀介質中，這些指令使得計算機、其它可編程數據處理裝置、或其它設備以特定方式工作，從而，存儲在計算機可讀介質中的指令就產生出包括實現流程圖和/或框圖中的一個或多個方框中規定的功能/動作的指令的製造品(article of manufacture)0
[0068]所述電腦程式指令也可以被加載到計算機、其它可編程數據處理儀器、或其它設備上，以使得在計算機、其它可編程儀器或其它設備上執行一系列操作步驟以產生計算機實現的處理，使得計算機或其它可編程儀器上運行的指令提供用於實現流程圖和/或框圖的塊中指定的功能/行為的處理。
[0069]術語「一實施例」、「實施例」、「多個實施例」、「所述實施例」、「所述多個實施例」、「一個或多個實施例」、「一些實施例」和「一個實施例」意指「本發明的一個或多個(而不是所有)實施例」，除非另有明確說明。
[0070]術語「包括」、「包含」、「具有」和其變形意指「包括但不限於」，除非另有明確說明。
[0071]項目的枚舉列表不意味著任意或所有項目是相互排斥的，除非另有明確說明。
[0072]術語「一」、「一個」和「所述」意味著「一個或多個」，除非另有明確說明。
[0073]相互通信的設備不需要持續地相互通信，除非另有明確說明。另外，相互通信的設備可以直接地或者通過一個或多個中間層間接地通信。
[0074]對具有相互通信的若干個組件的實施例的說明不意味著所有這樣的組件都被要求。相反，說明多個可選的組件以闡明本發明可能的實施例的廣泛多樣性。
[0075]此外，雖然處理步驟、方法步驟、算法等可以以順序的次序被說明，但這些處理、方法和算法可以被配置為以交替的次序運作。換言之，所描述的步驟的任意序列或次序不一定指示步驟按那個次序執行的要求。這裡描述的處理的步驟可以以任意實際的次序執行。此外，一些步驟可以被同時執行。
[0076]當在這裡描述單個設備或物件時，顯然，多於一個設備/物件(無論它們是否配合)可以替代單個設備/物件而被使用。相似地，當在這裡描述多於一個設備或物件(無論它們是否配合)時，顯然，單個設備/物件可以替代多於一個設備或物件而被使用，或者，不同數量的設備/物件可以替代所示數量的設備或程序而被使用。設備的功能和/或特徵可以被一個或多個未被顯式地描述為具有這樣的功能/特徵的其它設備替代地體現。由此，本發明的其它實施例不需要包括設備本身。
[0077]圖12至圖14所圖示的操作顯示了以特定次序發生的特定事件。在替代實施例中，某些操作可以以不同的次序被執行、修改或移除。而且，步驟可以被添加到上述邏輯中並仍然符合所述實施例。而且，這裡描述的操作可以順序地發生，或者某些操作可以並行地處理。另外，可以由單個處理單元或由分布式處理單元執行操作。
[0078]已經為了示例和說明的目的而示出了對本發明的不同實施例的前述說明。它不是為了窮舉或將本發明限於所公開的精確形式。鑑於上述教示，很多修改和變形是可能的。本發明的範圍並非意圖由這裡的詳細說明限定，而是由所附的權利要求限定。上述說明書、示例和數據提供了製造和使用本發明的構造的詳細說明。由於可以在不背離本發明的範圍的情況下做出本發明的許多實施例，因此本發明存在於這裡所附的權利要求中。
【權利要求】
1.一種用於處理與至少一個順序存取存儲設備關聯的數據軌道組和奇偶校驗數據、並與第一高速緩存設備和第二高速緩存設備通信的電腦程式產品，所述電腦程式產品包括在其上包含運行以執行操作的計算機可讀程序代碼的計算機可讀存儲介質，所述操作包括: 接收對軌道組的包含至少一個更新軌道的寫入請求； 使用所述第一高速緩存設備存儲所述至少一個更新軌道； 將預取請求發送至所述至少一個順序存取存儲設備，以將與所述軌道組關聯的軌道預取至所述第二高速緩存設備； 在發送所述預取請求之後生成讀取請求，以讀取預取軌道； 使用所述第一高速緩存設備存儲從所述第二高速緩存設備返回至所述讀取請求的、所讀取的預取軌道；以及 從所述至少一個更新軌道和所讀取的預取軌道計算新的奇偶校驗數據。
2.如權利要求1所述的電腦程式產品，其中所述操作還包括: 使包含所述更新軌道和所讀取的預取軌道的軌道組和新的奇偶校驗數據離臺至所述至少一個順序存取存儲設備，其中所讀取的預取軌道包括該組中除了與所述至少一個順序存取存儲設備關聯的所述至少一個更新軌道之外的軌道。
3.如權利要求1 或2所述的電腦程式產品，其中響應於接收所述寫入請求而生成所述預取請求。
4.如前面任意權利要求所述的電腦程式產品，其中所述預取請求被指定為以第一優先級在所述順序存取存儲設備中被處理，以及其中，所述讀取請求被指定為以第二優先級在所述順序存取存儲設備被處理，其中所述第一優先級在所述順序存取存儲設備中具有比更高的優先級低的優先級處理。
5.如權利要求4所述的電腦程式產品，其中所述預取請求被指定為根據使用所述順序存取存儲設備存儲第一優先級軌道的物理位置的空間次序在所述順序存取存儲設備被處理，以及其中，所述讀取請求被指定為根據第二優先級軌道在所述順序存取存儲設備的時間次序在所述順序存取存儲設備被處理。
6.如前面任意權利要求所述的電腦程式產品，其中所述第一高速緩存設備和所述第二高速緩存設備與所述順序存取存儲設備外部的存儲控制器關聯，其中所述操作還包括: 處理所述讀取請求，以確定所述預取軌道是否與所述第二高速緩存設備關聯； 響應於確定所述預取軌道與所述第二高速緩存設備關聯，將所述預取軌道從所述第二高速緩存設備提升至所述第一高速緩存設備； 響應於確定所述預取軌道與所述第二高速緩存設備不關聯，將所述讀取請求傳送至所述至少一個順序存取存儲設備；以及 使用所述第一高速緩存設備，存儲響應於被傳送至所述順序存取存儲設備的讀取請求而從所述順序存取存儲設備返回的預取軌道。
7.如前面任意權利要求所述的電腦程式產品，其中所述第二高速緩存設備包括與所述順序存取存儲設備關聯的非易失性存儲設備，以及所述第一高速緩存設備與所述順序存取存儲設備外部的存儲控制器關聯。
8.如前面任意權利要求所述的電腦程式產品，其中所述第一高速緩存設備是比所述第二高速緩存設備更快的存取設備。
9.如前面任意權利要求所述的電腦程式產品，其中所述軌道組包括跨多個順序存取存儲設備而寫入的軌道的步幅和奇偶校驗數據，其中發送所述預取請求包括:向存儲所述步幅中的軌道和所述奇偶校驗數據的每個所述順序存取存儲設備發送預取請求。
10.如權利要求9所述的電腦程式產品，其中所述操作還包括: 使包含所述更新軌道和所讀取的預取軌道的軌道的步幅、以及新的奇偶校驗數據離臺至存儲軌道的步幅和奇偶校驗數據的順序存取存儲設備。
11.如權利要求9或10所述的電腦程式產品，其中每個所述順序存取存儲設備包括使用所述步幅存儲所述預取軌道的第二高速緩存設備，以及其中，生成所述讀取請求包括:發送讀取請求至每個所述順序存取存儲設備，以從與所述順序存取存儲設備關聯的第二高速緩存設備存取所述預取軌道。
12.一種用於處理至少一個順序存取存儲設備中的數據軌道組和奇偶校驗數據、且與第一高速緩存設備和第二高速緩存設備通信的系統，包括: 用於接收對軌道組的包含至少一個更新軌道的寫入請求的部件； 用於使用所述第一高速緩存設備存儲所述至少一個更新軌道的部件； 用於將預取請求發送至所述至少一個順序存取存儲設備以將與所述軌道組關聯的軌道預取至所述第二高速緩存設備的部件； 用於響應於所述預取請求被發送而生成讀取請求以讀取預取軌道的部件； 用於使用所述第一高速緩存設備存儲從所述第二高速緩存設備返回至所述讀取請求的所讀取的預取軌道的部件；以及` 用於從所述至少一個更新軌道和所讀取的預取軌道計算新的奇偶校驗數據的部件。
13.如權利要求12所述的系統，還包括: 用於使包含所述更新軌道和所讀取的預取軌道的軌道組以及新的奇偶校驗數據離臺至所述至少一個順序存取存儲設備的部件，其中所讀取的預取軌道包括該組中除了與所述至少一個順序存取存儲設備關聯的所述至少一個更新軌道之外的軌道。
14.如權利要求12或13所述的系統，其中所述預取請求能夠操作為響應於所述寫入請求的接收而被生成。
15.如權利要求12至14中的任意項所述的系統，其中所述預取請求能夠操作為被指定為以第一優先級在所述順序存取存儲設備中被處理，以及其中，所述讀取請求能夠操作為被指定為以第二優先級在所述順序存取存儲設備被處理，其中所述第一優先級在所述順序存取存儲設備中具有比更高的優先級低的優先級處理。
16.如權利要求15所述的系統，其中所述預取請求能夠操作為被指定為根據能夠使用所述順序存取存儲設備存儲第一優先級軌道的物理位置的空間順序在所述順序存取存儲設備被處理，以及其中，所述讀取請求能夠操作為被指定為根據第二優先級軌道在所述順序存取存儲設備的時間次序在所述順序存取存儲設備被處理。
17.如權利要求12至16中的任意項所述的系統，其中所述第一高速緩存設備和所述第二高速緩存設備能夠操作為與所述順序存取存儲設備外部的存儲控制器關聯，所述系統還包括: 用於處理所述讀取請求以確定所述預取軌道是否與所述第二高速緩存設備關聯的部件； 用於響應於確定所述預取軌道與所述第二高速緩存設備關聯而將所述預取軌道從所述第二高速緩存設備提升至所述第一高速緩存設備的部件； 用於響應於確定所述預取軌道與所述第二高速緩存設備不關聯而將所述讀取請求傳送至所述至少一個順序存取存儲設備的部件；以及 用於使用所述第一高速緩存設備存儲響應於被傳送至所述順序存取存儲設備的讀取請求而從所述順序存取存儲設備返回的預取軌道的部件。
18.如權利要求12至17中的任意項所述的系統，其中所述第二高速緩存設備包括與所述順序存取 存儲設備關聯的非易失性存儲設備，以及所述第一高速緩存設備與所述順序存取存儲設備外部的存儲控制器關聯。
19.如權利要求12至18中的任意項所述的系統，其中所述第一高速緩存設備是比所述第二高速緩存設備更快的存取設備。
20.如權利要求12至19中的任意項所述的系統，其中所述軌道組包括跨多個順序存取存儲設備而寫入的軌道的步幅和奇偶校驗數據，其中用於發送所述預取請求的部件包括用於向能夠操作為存儲所述步幅中的軌道和所述奇偶校驗數據的每個所述順序存取存儲設備發送預取請求的部件。
21.如權利要求20所述的系統，還包括: 用於使包含所述更新軌道和所讀取的預取軌道的軌道的步幅以及新的奇偶校驗數據離臺至能夠操作為存儲所述軌道的步幅和奇偶校驗數據的順序存取存儲設備的部件。
22.如權利要求20或21所述的系統，其中每個所述順序存取存儲設備包括能夠操作為使用所述步幅存儲所述預取軌道的第二高速緩存設備，以及其中，用於生成所述讀取請求的部件包括用於將讀取請求發送至每個所述順序存取存儲設備以從與所述順序存取存儲設備關聯的第二高速緩存設備存取所述預取軌道的部件。
23.如權利要求12至22中的任意項所述的系統，其中所述第二高速緩存設備與所述順序存取存儲設備關聯。
24.一種用於處理與至少一個順序存取存儲設備關聯的數據軌道組和奇偶校驗數據、並與第一高速緩存設備和第二高速緩存設備通信的方法，所述包括以下步驟: 接收對軌道組的包含至少一個更新軌道的寫入請求； 使用所述第一高速緩存設備存儲所述至少一個更新軌道； 將預取請求發送至所述至少一個順序存取存儲設備，以將與所述軌道組關聯的軌道預取至所述第二高速緩存設備； 在發送所述預取請求之後生成讀取請求，以讀取預取軌道； 使用所述第一高速緩存設備，存儲從所述第二高速緩存設備返回至所述讀取請求的、所讀取的預取軌道；以及 從所述至少一個更新軌道和所讀取的預取軌道計算新的奇偶校驗數據。
25.如權利要求24所述的方法，還包括以下步驟: 使包含所述更新軌道和所讀取的預取軌道的軌道組以及新的奇偶校驗數據離臺至所述至少一個順序存取存儲設備，其中所讀取的預取軌道包括該組中除了與所述至少一個順序存取存儲設備關聯的所述至少一個更新軌道之外的軌道。
26.如權利要求24或25所述的方法，其中響應於接收所述寫入請求而生成所述預取請求。
27.如權利要求24至26中的任意項所述的方法，其中所述預取請求被指定為以第一優先級在所述順序存取存儲設備中被處理，以及其中，所述讀取請求被指定為以第二優先級在所述順序存取存儲設備被處理，其中所述第一優先級在所述順序存取存儲設備中具有比更高的優先級低的優先級處理。
28.如權利要求27所述的方法，其中所述預取請求被指定為根據使用所述順序存取存儲設備存儲第一優先級軌道的物理位置的空間次序在所述順序存取存儲設備被處理，以及其中，所述讀取請求被指定為根據第二優先級軌道在所述順序存取存儲設備中的時間次序在所述順序存取存儲設備被處理。
29.如權利要求24至28中的任意項所述的方法，其中所述第一高速緩存設備和所述第二高速緩存設備與所述順序存取存儲設備外部的存儲控制器關聯，其中所述方法還包括以下步驟: 處理所述讀取請求，以確定所述預取軌道是否與所述第二高速緩存設備關聯； 響應於確定所述預取軌道與所述第二高速緩存設備關聯，將所述預取軌道從所述第二高速緩存設備提升至所述第一高速緩存設備； 響應於確定所述預取軌道與所述第二高速緩存設備不關聯，將所述讀取請求傳送至所述至少一個順序存取存儲設備；以及 使用所述第一高速緩存設備，存儲響應於被傳送至所述順序存取存儲設備的讀取請求而從所述順序存取存儲設備返回的預取軌道。
30.如權利要求24至29中的任意項所述的方法，其中所述第二高速緩存設備包括與所述順序存取存儲設備關聯的非易失性存儲設備，以及所述第一高速緩存設備與所述順序存取存儲設備外部的存儲控制器關聯。
31.如權利要求24至30中的任意項所述的方法，其中所述第一高速緩存設備是比所述第二高速緩存設備更快的存取設備。
32.如權利要求24至31中的任意項所述的方法，其中所述軌道組包括跨多個順序存取存儲設備而寫入的軌道的步幅和奇偶校驗數據，其中發送所述預取請求包括:向存儲所述步幅中的軌道和所述奇偶校驗數據的每個所述順序存取存儲設備發送預取請求。
33.如權利要求32所述的方法，還包括以下步驟: 使包含所述更新軌道和所讀取的預取軌道的軌道的步幅以及新的奇偶校驗數據離臺至存儲軌道的步幅和奇偶校驗數據的順序存取存儲設備。
34.如權利要求32或33所述的方法，其中每個所述順序存取存儲設備包括使用所述步幅存儲所述預取軌道的第二高速緩存設備，以及其中，生成所述讀取請求包括:將讀取請求發送至每個所述順序存取存儲設備以從與所述順序存取存儲設備關聯的第二高速緩存設備存取所述預取軌道。
【文檔編號】G06F11/14GK103703440SQ201280036319
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年7月2日 優先權日:2011年7月22日
【發明者】L.M.古普塔, M.T.本哈斯, B.S.吉爾, J.L.哈夫納 申請人:國際商業機器公司