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1、(10)申请公布号 CN 102968381 A(43)申请公布日 2013.03.13CN102968381A*CN102968381A*(21)申请号 201210465199.6(22)申请日 2012.11.19G06F 12/02(2006.01)(71)申请人浪潮电子信息产业股份有限公司地址 250014 山东省济南市高新区舜雅路1036号(72)发明人王少锋(54) 发明名称一种利用固态硬盘提高快照性能的方法(57) 摘要本发明提供一种利用固态硬盘提高快照性能的方法，该方法是兼顾性能的考虑，利用固态硬盘来提高快照性能的方法。提到的兼顾性能的考虑，是因为如果以普通硬盘存储快照数据，。
2、快照数据的操作会极大的降低快照的性能。利用固态硬盘来存储快照数据，是利用固态硬盘的高随机读写性能来提高快照数据操作的速率。本发明的一种将固态硬盘作为快照的例外仓库存储设备的方法，利用固态硬盘高随机读写性能，提高快照对元数据的操作性能，而且掉电元数据不丢失，达到了高性能、高可用性快照的技术效果。(51)Int.Cl.权利要求书2页 说明书4页 附图3页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 3 页1/2页21.一种利用固态硬盘提高快照性能的方法, 其特征在于，该方法是利用固态硬盘高随机读写性能，以固态硬盘作为快照的例外仓卷，将元数据和CO。
3、W数据存储在固态硬盘中，固态硬盘中元数据的组织方式，是将快照的元数据存储在固态硬盘的最前端，将COW数据存储在剩余区段，以提高快照对元数据的操作性能，系统包括：快照模块（1）、例外仓卷模块（2），具体步骤如下：（1）快照模块采用增量快照的方式，以固态硬盘作为例外仓卷，将固态硬盘分为元数据区和cow数据区，当对源卷建立快照之后，初始化例外仓库卷的元数据区，元数据的形式为old chunk,new chunk,snapID range,其中，old chunk指向源卷中的块，new chunk指向快照卷对应的块，snapID range为快照ID的范围，每个快照都有一个ID，snapID rang。
4、e用于表明元数据指定的块是在哪个快照范围之内；当对源卷进行写时，首先查找元数据，假如没有查找到话，说明是第一次修改快照源，需要将快照源的数据拷贝到COW设备上，假定快照源的数据所在的位置为旧chunk，完成上述过程需要以下三个步骤：1) 在COW设备上查找用于保存数据的位置，记为新chunk;2) 将快照数据源的数据保存到COW设备上新 chunk处；3) 将例外信息old chunk，new chunk，snapID range即所谓元数据保存至固态硬盘；如果查找到的话，说明在创建快照之后，源卷已经更新过，源卷的数据已经保存到COW设备中了，直接对源卷进行写操作； 当对源卷进行读操作时，直接。
5、对源卷进行读操作即可；当对快照卷进行写操作时，首先查找元数据，如果没有查找到的话，说明源卷该chunk处的数据还没有修改，需要将新数据写到COW设备上，在COW设备上查找用于保存数据的位置，记为新chunk，再将元数据保存至固态硬盘上；如果查找到的话，直接对查找到的new chunk写操作即可；当对快照卷进行读操作时，首先查找元数据，如果没有查找到的话，读源卷的对应chunk，如果查找到的话，读快照仓卷的对应chunk；（2）例外仓卷模块固态硬盘的第一个扇区作为超级块，用于记录元数据B+树的根节点位置、B+树的深度和位图和根节点； 在固态硬盘的前一部分作为元数据存储区，元数据以B+树的形式组织。
6、，B+树的叶子目录项包含：old chunk源卷中，new chunk快照仓卷中，这对映射属于的snapshot ID范围，B+树的关键字Key由old chunk,snapshot ID range 组成，在一个node中的最大目录项号是有规定的，以至于一个node刚好填充一个块； 内部节点与叶子节点有相同的数据结构，如果是内部节点，new_chunk则代表指向从属B+树node的指针，如果是叶子节点，new_chunk就是要查找的数据内容； 查找元数据B+树时，从根节点开时查找，根据关键字key来比较，对节点内的关键字序列进行二分查找，直到达到叶子节点才能命中，内部节点相当于叶子节点的索引。
7、，叶子节点直接指向COW数据区；固态硬盘没有物理机械臂，随机读写性能很高，COW数据在例外仓卷中直接以随机的方权 利 要 求 书CN 102968381 A2/2页3式存储与固态硬盘中，其中元数据的new_chunk用于保存COW数据所存的扇区号，当在元数据区查找到new_chunk后，直接读写例外仓卷的改chunk位置；例外仓卷空闲空间由位图管理，位图由一颗基树指向，每个内部节点包含64位的指针，指向从属节点，叶节点为位掩码，每个叶子节点包含单独的位，1意味着已分配，0表示空闲，位图的根节点位置存于超级块中，深度由设备大小和chunk大小共同决定；如果深度是0，则根位图块只包含单个的位，设备。
8、非常小，以至于1个块用作位图就足够，如果深度是1，则根位图块是一组64位的指针，指向的块用作单个位图，如果深度是2，则是二级指针，以此类推；位图查找时，根据位图块号从根节点开始遍历，遍历时，由位图块号和深度求出每一层的索引，直到查找到叶子节点为止。权 利 要 求 书CN 102968381 A1/4页4一种利用固态硬盘提高快照性能的方法技术领域0001 本发明涉及计算机系统及存储领域, 具体地说是一种利用固态硬盘提高快照性能的方法。背景技术0002 固态硬盘 (Solid State Disk ；简称：SSD) 由控制单元与存储单元组成。存储单元多采用非易失性的闪存(Flash)芯片，或者采用。
9、同步动态随机存取存储器(SynchronousDynamic Random Access Memory；简称：SDRAM)。SSD不具有机械转动装置，具有很高的随机读写性能。但造价很高，经常用于高端存储领域。0003 快照一般是指关于指定数据集合的一个完全可用拷贝，该拷贝包括相应数据在某个时间点(例如：拷贝开始的时间点)的映像。快照可以是所表示的数据的一个副本或复制品。快照的作用是能够进行在线数据恢复，当存储设备发生应用故障或者文件损坏时，可以利用快照进行及时数据恢复，将数据恢复成快照产生时间点的状态。快照实现的方法有很多种，例如 ：即写即拷、分割镜像快照等。0004 在linux中，基于LV。
10、M实现快照，采用的是copy on firest write(cow)机制，其中一个重要的概念就是例外。即快照映射关系，表明快照源上数据在建立快照之后修改过，改变之前的数据从快照源设备的某一个 chunk 已经拷贝到或正在拷贝到快照上另一个 chunk。为了体现这种映射关系，需要元数据来表示这种映射关系。元数据存放的设备也叫例外仓卷。0005 当对快照卷或源卷读写时，首先需要查找对应元数据，查看该chunk是否已经映射过，即创建好快照之后源卷数据是否已经修改过，假如没有的话还需再建立新的映射关系，创建新的元数据。如果删除快照的话，还需要删除对应的元数据等。每个数据块都必须进行元数据操作。假如将。
11、元数据存放至硬盘中，对元数据的操作必将成为快照的性能瓶颈。假如将元数据存放至内存中，虽然可以增加快照的性能，但一旦掉电之后，元数据就会丢失。发明内容0006 本发明的目的是提供一种利用固态硬盘提高快照性能的方法。0007 本发明的目的是按以下方式实现的，该方法是利用固态硬盘高随机读写性能，以固态硬盘作为快照的例外仓卷，将元数据和COW数据存储在固态硬盘中，固态硬盘中元数据的组织方式，是将快照的元数据存储在固态硬盘的最前端，将COW数据存储在剩余区段，以提高快照对元数据的操作性能，系统包括：快照模块（1）、例外仓卷模块（2），具体步骤如下：(1) 快照模块采用增量快照的方式，以固态硬盘作为例外仓。
12、卷，将固态硬盘分为元数据区和cow数据区，当对源卷建立快照之后，初始化例外仓库卷的元数据区，元数据的形式为old 说 明 书CN 102968381 A2/4页5chunk,new chunk,snapID range,其中，old chunk指向源卷中的块，new chunk指向快照卷对应的块，snapID range为快照ID的范围，每个快照都有一个ID，snapID range用于表明元数据指定的块是在哪个快照范围之内；当对源卷进行写时，首先查找元数据，假如没有查找到话，说明是第一次修改快照源，需要将快照源的数据拷贝到COW设备上，假定快照源的数据所在的位置为旧chunk，完成上述过程需。
13、要以下三个步骤：1) 在COW设备上查找用于保存数据的位置，记为新chunk;2) 将快照数据源的数据保存到COW设备上新 chunk处；3) 将例外信息old chunk，new chunk，snapID range即所谓元数据保存至固态硬盘；如果查找到的话，说明在创建快照之后，源卷已经更新过，源卷的数据已经保存到COW设备中了，直接对源卷进行写操作； 当对源卷进行读操作时，直接对源卷进行读操作即可；当对快照卷进行写操作时，首先查找元数据，如果没有查找到的话，说明源卷该chunk处的数据还没有修改，需要将新数据写到COW设备上，在COW设备上查找用于保存数据的位置，记为新chunk，再将元数。
14、据保存至固态硬盘上；如果查找到的话，直接对查找到的new chunk写操作即可；当对快照卷进行读操作时，首先查找元数据，如果没有查找到的话，读源卷的对应chunk，如果查找到的话，读快照仓卷的对应chunk；(2) 例外仓卷模块固态硬盘的第一个扇区作为超级块，用于记录元数据B+树的根节点位置、B+树的深度和位图和根节点； 在固态硬盘的前一部分作为元数据存储区，元数据以B+树的形式组织，B+树的叶子目录项包含：old chunk源卷中，new chunk快照仓卷中，这对映射属于的snapshot ID范围，B+树的关键字Key由old chunk,snapshot ID range 组成，在一个。
15、node中的最大目录项号是有规定的，以至于一个node刚好填充一个块； 内部节点与叶子节点有相同的数据结构，如果是内部节点，new_chunk则代表指向从属B+树node的指针，如果是叶子节点，new_chunk就是要查找的数据内容； 查找元数据B+树时，从根节点开时查找，根据关键字key来比较，对节点内的关键字序列进行二分查找，直到达到叶子节点才能命中，内部节点相当于叶子节点的索引，叶子节点直接指向COW数据区；固态硬盘没有物理机械臂，随机读写性能很高，COW数据在例外仓卷中直接以随机的方式存储与固态硬盘中，其中元数据的new_chunk用于保存COW数据所存的扇区号，当在元数据区查找到ne。
16、w_chunk后，直接读写例外仓卷的改chunk位置；例外仓卷空闲空间由位图管理，位图由一颗基树指向，每个内部节点包含64位的指针，指向从属节点，叶节点为位掩码，每个叶子节点包含单独的位，1意味着已分配，0表示空闲，位图的根节点位置存于超级块中，深度由设备大小和chunk大小共同决定；如果深度是0，则根位图块只包含单个的位，设备非常小，以至于1个块用作位图就足够，如果深度是1，则根位图块是一组64位的指针，指向的块用作单个位图，如果深度是2，说 明 书CN 102968381 A3/4页6则是二级指针，以此类推；位图查找时，根据位图块号从根节点开始遍历，遍历时，由位图块号和深度求出每一层的索引。
17、，直到查找到叶子节点为止。0008 本发明的有益效果是：该方法是兼顾性能的考虑，利用固态硬盘来提高快照性能的方法。提到的兼顾性能的考虑，是因为如果以普通硬盘存储快照数据，快照数据的操作会极大的降低快照的性能。利用固态硬盘来存储快照数据，是利用固态硬盘的高随机读写性能来提高快照数据操作的速率。本发明的一种将固态硬盘作为快照的例外仓库存储设备的方法，利用固态硬盘高随机读写性能，提高快照对元数据的操作性能，而且掉电元数据不丢失，达到了高性能、高可用性快照的技术效果。附图说明0009 图1 是快照模块结构图；图2 是元数据组织结构图；图3 是位图组织结构图。具体实施方式0010 参照说明书附图对本发明。
18、的方法作以下详细地说明。0011 具体技术方案如下：1.一种实现快照的方式，以固态硬盘作为快照的例外仓卷，将元数据和COW数据存储在固态硬盘中；2.固态硬盘中元数据的组织方式，将快照的元数据存储在固态硬盘的最前端，将COW数据存储在剩余区段；（1）快照模块本例采用增量快照的方式，以固态硬盘作为例外仓卷，如图1所示：将固态硬盘分为元数据区和cow数据区，当对源卷建立快照之后，初始化例外仓库卷的元数据区。元数据的形式为(old chunk,new chunk,snapID range),old chunk指向源卷中的块，new chunk指向快照卷对应的块，snapID range为快照ID的范围。
19、，每个快照都有一个ID，snapID range用于表明元数据指定的块是在哪个快照范围之内；当对源卷进行写时，首先查找元数据，假如没有查找到话，说明是第一次修改快照源，需要将快照源的数据拷贝到COW设备上，假定快照源的数据所在的位置为旧chunk，完成上述过程需要三个步骤；1) 在COW设备上查找用于保存数据的位置，记为新chunk;2) 将快照数据源的数据保存到COW设备上新 chunk处；3) 将例外信息(old chunk，new chunk，snapID range)即所谓元数据保存至固态硬盘；如果查找到的话，说明在创建快照之后，源卷已经更新过，源卷的数据已经保存到COW设备中了。可以。
20、直接对源卷进行写；当对源卷进行读时，直接对源卷进行读即可；当对快照卷进行写操作时，首先查找元数据，如果没有查找到的话，说明源卷该chunk说 明 书CN 102968381 A4/4页7处的数据还没有修改，需要将新数据写到COW设备上。在COW设备上查找用于保存数据的位置，记为新chunk。再将元数据保存至固态硬盘上；如果查找到的话，直接对查找到的new chunk写即可；当对快照卷进行读操作时，首先查找元数据，如果没有查找到的话，读源卷的对应chunk，如果查找到的话，读快照仓卷的对应chunk；（2）例外仓卷模块固态硬盘的第一个扇区作为超级块，用于记录元数据B+树的根节点位置、B+树的深度。
21、和位图和根节点 。 在固态硬盘的前一部分作为元数据存储区，元数据以B+树的形式组织。B+树的叶子目录项包含：old chunk(源卷中)，new chunk(快照仓卷中)，这对映射属于的snapshot ID范围。B+树的关键字(Key)由old chunk,snapshot ID range 组成。在一个node中的最大目录项号是有规定的，以至于一个node刚好填充一个块。 0012 内部节点与叶子节点有相同的数据结构。如果是内部节点，new_chunk则代表指向从属B+树node的指针。如果是叶子节点，new_chunk就是要查找的数据内容。如图2所示。0013 查找元数据B+树时，从根节。
22、点开时查找，根据关键字key来比较，对节点内的关键字序列进行二分查找，直到达到叶子节点才能命中，内部节点相当于叶子节点的索引。叶子节点直接指向COW数据区。0014 固态硬盘没有物理机械臂，随机读写性能很高，COW数据在例外仓卷中直接以随机的方式存储与固态硬盘中，其中元数据的new_chunk用于保存COW数据所存的扇区号，当在元数据区查找到new_chunk后，直接读写例外仓卷的改chunk位置。0015 例外仓卷空闲空间由位图管理。位图由一颗基树指向。每个内部节点包含64位的指针，指向从属节点，叶节点为位掩码。每个叶子节点包含单独的位，1意味着已分配，0表示空闲。位图的根节点位置存于超级块。
23、中，深度由设备大小和chunk大小共同决定。0016 如果深度是0，则根位图块只包含单个的位(设备非常小，以至于1个块用作位图就足够)。如果深度是1，则根位图块是一组64位的指针，指向的块用作单个位图。如果深度是2，则是二级指针，以此类推。由图3所示。0017 位图查找时，根据位图块号从根节点开始遍历，遍历时，由位图块号和深度求出每一层的索引，直到查找到叶子节点为止。0018 除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。说 明 书CN 102968381 A1/3页8图1说 明 书 附 图CN 102968381 A2/3页9图2说 明 书 附 图CN 102968381 A3/3页10图3说 明 书 附 图CN 102968381 A10。