TWI291618B - Method of protecting cache data of storage system - Google Patents

Description

1291618 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種資料保護方法，尤其係關於一種儲存系統 之快取記憶體之資料的保護方法。 【先前技術】 在電腦系統中，中央處理單元(CPU)之運算速度極快，但其直 接讀寫區塊設備(如，硬碟、SGSI硬碟、磁碟_等）尤其是對區 • 塊賴之定址時間很長。起初，CPU採用？1〇听聊1〇1^(11/0) 方^買寫區塊設備，即，CPU必需一直等待對區塊設備的讀寫操 作凡成後才可以繼績執行後續任務，極大地浪費了 CPU的時間， 降低了 CPU的貧源。為了解決此問題，採用了中斷的方式，即， 在項寫區塊δ又備日守，可以執行其他任務，當區塊設備讀寫操 雜=，藉由外部設備觸發中斷，讓⑽繼續執行剛才的任務， ^樣提Ν 了 CPU的使用效率。然:而，這種方式沒有充分利用讀寫 • 速度較快的隨機存取記憶體(Random Access Memory，RAM)之特 陡2此’採用一種磁碟快取記憶體(Disk Cache)之方式以進-,3门系、先效月匕’即，利用一部分系統隨機存取記憶體作為區塊 ^讀寫f作之磁魏取記憶體。當對賴進行寫操作時，將需 愔2之讀、設備名勒及在此設備德置記錄在磁碟快取記 1孜二而⑽即認為寫操作結束，然後由系統專門的讀寫設備 快^ =或於系統隨機存取記憶體資源不足時完成儲存在磁碟 …己讀中的寫操作，但磁碟快取記憶體中的資料繼續保留； 1291618 田對。X備進仃物作時’先判斷鱗快取記倾巾衫儲 要讀取之龍’如果有，則直接讀取。否則，CPU發出—個讀二 设備之任務，當前任務會被保留，⑽可以執行其他任務，當將 貧料從設備讀取後，讀取之資料會被添加至磁碟快取記憶體;， 並發送-個中斷信號至CPU，CPU可以繼續執行對設備的讀ς作。 為了提高對區塊設備的讀寫效率’區塊設備之驅綠㈣都採 用了-些提高讀寫效率的方法，如電梯演算法、預先讀 延遲寫演算法等。 ' 作業系統中磁碟快取記憶體描述項（Disk Cache Item)的每— 個描述項代表-個實體記憶體頁(page)或區塊(m〇ck)。對磁碟快 取記憶體的管理-般採用下述方法：爾快取記顏—般儲存在 贓(价w、乾淨(elean)和鎖（lQeked)三姆近最少使时咖 趾恤y Use 鏈結串列中。其中，贓鏈結串列包含所有需 要寫入區塊設備之_快取記鋪描述項，鎖麟㈣包含所有 ，在寫入區塊設備之補快取記㈣贿項，乾淨鏈結串列包含 最新的已儲存在_快取記鐘巾的區塊設備之資料。因此，磁 碟快取記憶體描述項可以在這三個鏈結串列之間遷移。咖執行 對區塊設備之寫操作時，會先從乾淨鏈結串财麵是否有對應 之磁碟快取記鐘描述項，如果有，職對應之剌快取記憶體 描述項從乾淨繼串财刪除，更改磁碟快取記憶體描述項中的 資料並將此磁碟快取記㈣描述項加人贓鏈結㈣；如果沒有， 則從系’洗祕：存取疏體中分配磁碟快取記憶體描述項，修改磁 8 1291618 =快取記憶體贿項中f料絲此磁顧 鍵結串列。接著’在-定時間間隔、系统隨機;喊 足、磁碟快取記憶體所占的隨機存取記憶雜達=二體： 強制清除磁碟快取記憶體時，會二 鎖鏈結串列，以寫入區塊設備，寫入/U體“述項加入 項加入乾、、_壯㈣ ”，、70畢之磁碟快取記憶體描述 、入乾_、、、。串列’且刪除乾淨鏈結串 2自_存取記憶體中供系統使用。在以儲存任務為主的李、 、、先中，大量的隨齡取記㈣彻作磁取記紐。 、 然而，將磁碟快取記憶體描述項加入贓鍵結串列和將寫入區 塊設備之磁碟快取記憶體描述項加入乾淨鏈結串列之過程是非同 步的’且摊是觸取記髓描述項加人贓鏈結串列之過程 較快。因此’磁碟快取記㈣愧存有資料沒有寫人真實之區塊 設備中。如果系統斷電時，磁碟快取記憶財的資料會丢失。因 而在#•對資料兀整性、安全性要求較高之儲存類產品（如， SAN、NAS、磁碟陣列）中，需要保護並處理這部分資料。很多廠商 提供了 Battery Backed(電池供電）RAM的解決方案。 常見之Battery Backed解決方案包含膽Adapter、Smart Array和Battery Backed RAM Adapter。其均為電腦系統之一個 δ又備，提供自己的設備驅動程式，可以加快寫資料之速度和資料 吞吐蓋。其將電腦系統隨機存取記憶體中磁碟快取記憶體之資料 1291618 轉移至自己内部的缓衝區，然後透過設備自身處理資料。其中， RAID Adapter、Smart Array將自身緩衝區之資料寫入和自己相 連之儲存設備，Battery Backed RAM Adapter僅儲存資料。其均 因為具有Battoy Backed功能，可以保護自己内部緩衝區之倾 於系統斷電後的-段時間内不去失，系統恢復正常後即可將^己 緩衝區之資料寫入儲存設備。 然而習知技術的這種做法在系_電時只能保護從儲 之隨機存取記憶體中傳遞到自己内部緩_之#料，不譜雷 腦系統隨機存取記㈣巾磁躲取記題儲存之資料。° ” 【發明内容】 提供知技射的問題與缺陷，本發明之目的在; 腦李、:Γ之快取記憶體之細保護方法，係用以於' 月旬系統断電時，保護一個且右 储存系統之快取記憶趙之f料有電池供電(BatteryBac_功心 =明職供之—種鱗_之快取記憶 :輪她_，顧蝴之隨= 啟動後，監控之㈣11域；讀存系射 ^職鏈結串列和乾淨鍵結宰列 -個磁碟快取記憶體描述 4、、先增加 體描述項在隨機存取_^=依照磁碟快取記憶 (Entir)之序號；館存此磁 〜出保留區域之-個入口 之位置、辦練記軸料、敎 =财摘财取記憶體 、思枝存取3己'丨思體大小、磁碟快 10 1291618 取記憶體描述項官A夕pm 在區塊設備之位置資設備名稱以及磁碟快取記憶體描述項 存取t _，咖獅記働述項在隨機 削保留區域之—個入口之序號，清除此入 隨機❿貝t儲存系統斷電時，透過BatteryBacked功能為 二、、子心-提供電源；當儲存系統重新啟動時，讀取該保留 區域之複數個人π儲存之磁碟快取記憶體描述項之位置和大小資 =依料取之位置和大小資贿㈣驗置之隨機存取記憶體 儲子之貝料，當儲存系統重新啟動後’讀取保籠域之複數個入 口儲存之磁碟快取記憶體描述項之資訊，依照讀取之資訊將對應 位置之隨機存取記憶體儲存之資料寫入對應之區塊設備；以及釋 放保留之隨機存取記憶體之郎，並設置保留區域之每一個入口 之值為零。

其中’保留區域之適當開始位置係為儲存系统之作業系統啟 始化所而之隨機存輸憶體位i以及硬體在隨機存取記憶體映射 之位置以外之位置，而適當長度係透過如下公式計算出來：（（RAM size)/(cache item size)+l)*(保留區域之 entry size)+(uuiD size) ’ UUID 為通用唯一識別碼（Universal Unique IDentifier)。 保邊區域之入口序號係透過如下公式計算出來··（cache Hem在 RAM 之位置）/(cache item size)。 11 1291618 ，’不上所述，本發明之優點在於利用電 現了物細働取記謝磁碟快=1 體儲存之貧料的斷電保護功能。 【實施方式】 =下’將龄目切份對本發狀較佳f财式作詳細說明。 »月參考第1圖」，此圖為本發明一種儲存系統

之資料的賴方法之方法流糊，如騎示，此綠包含以3 驟· 當儲存系献_，在儲存纽之雜存取記賴之適當開 始位置保留適當長度之—娜留區域⑽G)，其中，保留區域之 適田開始位置為儲存系統之作業系統啟始化所需之隨機存取記憶 ，位置以及硬體在隨機存取記㈣映射之位置财卜之位置，而適 當長度#'透過如下公式計算出來：（(腦size)/(cache —

S1Ze)+1)*(保留區域之 _ry Size)+(UUID size)，UUID 為通用 唯一则碼。當儲存祕之健⑽鍵立啟動健祕自身需要 之兄憶體訪問H域的管理機辦，將㈣區域之開始位置和長度 資料添加進去，以_保留此保留區域之目的。 虽儲存系統啟動後，監控系統對贓鏈結串列和乾淨鏈結串列 之操作（S110)。當偵測到系統增加一個磁碟快取記憶體描述項至 贓鏈、、，。串列日守，依照公式：（cache item在RAM之位置）/(cache item size)利用磁碟快取記憶體描述項在隨機存取記憶體之位置 计异出保留區域之一個入口之序號(sl2〇)，並依照計算出來之入 12 !291618 、"虎儲存磁碟&取€憶體描述項在隨機存取記憶體之位置以及 =碟快取記憶體描述項之隨機存取記憶體大小資訊至此入口 S130)。當細到系統增加一個磁碟快取記憶體描述項至乾淨鏈 結串列時’依照公式：（cache i⑽在讀之位置）/(cache㈣ 咖)利胸躲取記龍描述項在隨齡取記紐之位置計算 =保留區域之-個人σ之序號，並依照計算出來之人口序號清除 此入口儲存之資訊(S140)。 :儲存系統斷電時，透過臉吻此〔_功能為系統之隨機 子取心Μ提供電源，以保護系統隨機存取記憶體儲存之資料。 且為儲存系統之CPU提供較短時間的電源，以讓CPU完成將cpu 之快=記憶體資料同步至系統之隨機存取記憶體的任務咖0)。 /當儲存系統重新啟動時，透過修改儲存系統之基本輸入/輸 機存取繼自檢之參數設定來刪統隨 此體儲存之所有f料。重複_之保留過程。並讀取 ===S1GG細__㈣存之磁碟快 4體Μ奴位置和別、_，韻讀取讀置和大小 呆=應位置之隨機存取記憶體儲存之資料⑽0)。 田儲存系統重新啟動後’讀取保留區域之每—個入 _快取記描朗之f訊，颇之倾 f ,賴細_，彳_錄之隨機存取記_取磁 心體=述要寫人之資料、磁碟快取記憶體描述項需要 之區塊名細及磁碟快取記憶體描制在區塊設備之位置。 13 I291618 並依照讀取之資訊將需要寫入之資料寫入對應… 現對系統之隨機存取記憶體中磁碟快 二二，以貫 (S170)。 〒“取4體儲存之資料的保護 當系狀隨機存取記㈣巾财磁碟錄記憶體儲存之資 之區塊設備後，釋放儲衫紐動時保留之隨機存取 磁魏取記龍之郎，並設置隨機存取記憶體之 &域中母一個入口之值為零(S180)。 雖然本發咖前述之難實财式聽如上，财並非 之麟人祕#_到林麟本發明所附 明專仏_揭较本發明之範圍和精狀情 ΐ動简，均屬本發明之專利保護範圍™本發8= 疋之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。 ， 【圖式簡單說明】 第1圖為本發明之方法流程圖。 【主要元件符號說明】 適#儲存魏啟動時，麵㈣統之隨機存取記憶體之 適虽開始位置保留適當長度之一個保留區域 體之 列之=當儲存系統啟動後，監控對贓鏈結串列和乾淨鏈結串 S12G切加—伽碟練錢翻述項至贓鏈結串 、碟蛛雜體描述項在隨機存取記'_之位置計算 區域之一個入σ之序號 1乐召 14 !291618 S130館存磁碟快取記憶體描述項在隨機存取記憶體之 以及磁碟快取記憶體描述項之大小資訊至此入口 ， ” S140 f增加-個快取記憶體描述項至乾淨鍵結串列時，依 二夬取記憶體描述項在_存取記龍之位置計算出保留區域之 固入口之序號’清除此入口儲存之資訊 " 存：體it，電時，透過― 大小資訊保_位置之Z大小纽’紐讀取之位置和 S170 U喊存取記憶體儲存之資料 儲存之快取，_留_之複數個入口 隨機存取記憶體儲存之龍f ’錢讀取之資訊將對應位置之 咖釋放保留=入對應之區塊設備 之每—個心之值= 記憶體之空間，並設置保留區域

Claims (1)

1291618 卞、申請專到範圍 •一種館存純之錄記憶體之:#料的轉方法，伽以保護一 具錢池供的儲存系統之快取記憶體 之資料，該方法包含以下步驟： 當該儲存系統啟動時，在該儲存系統之隨機存取記憶體之 一適^開始位置保留—適當長度之-保留區域；

當該錯存系統啟動後，監控對贓(Dirty)鍵結串列和乾淨 (Clean)鏈結㈣之獅，健餘之操作在該保留區域中儲 存或刪除相應之-磁碟快取記憶體描述項(㈣⑸ 之資訊，· 當該儲存系統斷電時，透過電池供電功能為隨機存取記憶 體提供電源，係用以保護隨機存取記憶體儲存之資料；〜 當該儲存系統重新啟鱗，讀取該保㈣域儲存之磁碟快 取記憶體描述項之資訊，依照讀取之資訊保留對應之隨機存取 記憶體儲存之資料；以及 當該儲存系統重新啟動後，讀取該保留區域儲存之磁碟快 取記憶體描述項之資訊，依照讀取之資訊將對應之隨機存取記 憶體儲存之資料寫入對應之區塊設備。 2、如申請翻範圍第丨項所述之贿系統之快取記，随之資料的 保護方法，其進—步包含以下步^槪㈣之_存取記憶 體之空間，並設置該保留區域之複數個入口之值為零。 16 ，\ 1291618 :，^':丨_'.一::1 3、如申請專利範圍第i項所述之儲存系統之快取記憶體之資料的 保護方法，其中該適當開始位置係為該儲存系統之作業系統啟 純㈣之隨赫取記‘隨位置収硬體在_存取記憶體 映射之位置以外之位置。 如ΐ明專利縫第1項所述之儲H統之快取記憶體之資料的 保護方法，其中該適當長度係透過如下公式計算出來：（'(隨機 存取圯k'體之大小資讯）/(磁碟快取記憶體描 •訊刪保留區域之入口之大小資訊Μ通用唯-識別碼il - 小資訊)。 5、 如:請專利範圍第1項所述之儲存系統之快取記憶體之資料的 保4方法，其中保留該保留區域藉由添加該保留區域之開始位 置和，度資訊至該儲存系統之作㈣統建立之啟動作業系統 自身需要之記憶體訪問區域的管理機制中來實現。 6、 如申請專利細第丨撕述之儲存緖之快取記紐之資料的 • 保護方法，其中該磁碟快取記憶體描述項之資訊包含··該磁碟 快取_體描述項在賴存取記㈣之位置以及該磁碟 §己憶體描述項之大小資訊。 、、 申π專利Ιϋ®第1項所述之儲㈣、統之絲記憶體之資料的 二蒦方法其中依照監控之操作儲存或刪除相應之磁碟快取記 憶體之描述項之資訊至該保留區域之步魏—步包含以下; 17 ίί91618 正替 換頁 當增加一磁碟快取記侉 磁碟快取許卿Μ以“項至贓鏈結串列時，依照該 留巴如⑽"錢存取記憶體之位置計算出該保 心域之—入口 (Entry)之序號； 以及快取記憶體插述項在隨機存取記憶體之位置 該磁碟快取記憶體描述項之大小資訊至該入口；以及 蠢 補ΙΓ—磁碟快取記憶體描述項至乾淨鏈結串列時，依昭 該磁碟快取記㈣贿項麵機魏記㈣ ； 保留區域之—人口之序號，清除該人Π儲存之㈣出 保達方法，其中該入口序號係透過如下公式計 貝抖々 快取記憶體描述項在隨機存取記憶體之位置=、來：（磁碟 體描述項之大小資訊）。 磁碟快取記憶