DE102010013263A1

DE102010013263A1 - Techniken, um ein energieausfallsicheres Caching ohne atomare Metadaten durchzuführen

Info

Publication number: DE102010013263A1
Application number: DE102010013263A
Authority: DE
Inventors: Sanjeev N. Hillsboro Trika
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: SK Hynix NAND Product Solutions Corp
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2011-01-13
Also published as: US8195891B2; US20100250833A1; CN101923499B; US10289556B2; TWI556104B; TWI465906B; GB201005303D0; US20140173190A1; TW201104425A; US8700858B2; GB2469193B; US9501402B2; US20170161198A1; US20200034304A1; CN101923499A; TW201502783A; US20120290774A1; GB2469193A

Abstract

Ein Verfahren und System, um ein energieausfallsicheres Write-back- oder Write-through-Caching von Daten in einem persistenten Speichergerät in eine oder mehrere Cache-Lines einer Caching-Einheit zu ermöglichen. Keine mit irgendeiner der Cache-Lines verbundenen Metadaten werden atomar in die Caching-Einheit geschrieben, wenn die Daten in dem Speichergerät gecacht sind. Somit wird keine besondere Cache-Hardware benötigt, um ein atomares Schreiben von Metadaten während des Cachings von Daten zu ermöglichen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft Caching, und spezieller, aber nicht ausschließlich, energieausfallsicheres Write-back- oder Write-through-Caching in einem nicht flüchtigen Medium.
HINTERGRUND DER BESCHREIBUNG
Das Speichersubsystem ist eines der langsamsten Subsysteme eines Computersystems, insbesondere wenn das Speichersubsystem ein Speichermedium, wie z. B. ein Festplattenlaufwerk (hard-disk drive, HDD), verwendet. Ein HDD erfordert eine relativ lange Zugriffszeit, da die Schreib-Lese-Köpfe mechanisch zu einem bestimmten Ort auf den Scheiben des HDD bewegt werden müssen, um Daten zu lesen/schreiben.
Um die Leistung des HDD zu verbessern, kann ein nicht flüchtiger Cache-Speicher verwendet werden, um die Ergebnisse letzter Lesevorgänge von dem HDD und Schreibvorgänge auf das HDD festzuhalten. Dadurch, dass die Daten des HDD gecacht werden, kann die Leistung des Computersystems erhöht werden, und das HDD kann längere Zeit heruntergefahren bleiben, um den Energieverbrauch des Computersystems zu verringern.
Wenn jedoch die Energiezufuhr an das Computersystem unerwartet abgeschaltet wird, müssen die Daten in dem nicht flüchtigen Cache-Speicher wieder mit dem HDD assoziiert werden, um Datenfehler zu vermeiden. Geeignete Caching-Hardware, die Schreibvorgänge von atomaren Metadaten mit den Schreibvorgängen von Cache-Daten unterstützt, kann verwendet werden, um sicherzustellen, dass diese Wiederherstellung korrekt ausgeführt wird, aber sie erhöht die Kosten des Computersystems.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Merkmale und Vorteile von erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung des Gegenstands ersichtlich, bei der:
1 ein System veranschaulicht, um die hierin offenbarten Verfahren in Übereinstimmung mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zu implementieren;
2 ein Blockdiagramm eines Eingangs-/Ausgangs-(I/O-Input/Output-)Controllers in Übereinstimmung mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform veranschaulicht;
3 ein Blockdiagramm der Module in einem Betriebssystem in Übereinstimmung mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform veranschaulicht;
4 eine Konfiguration einer Caching-Einheit in Übereinstimmung mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform veranschaulicht;
5 ein Ablaufdiagramm eines Write-through-Caching-Schemas in Übereinstimmung mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform veranschaulicht;
6A ein Ablaufdiagramm eines Write-back-Caching-Schemas in Übereinstimmung mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform veranschaulicht;
6B ein Ablaufdiagramm eines Write-back-Caching-Schemas in Übereinstimmung mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform veranschaulicht;
6C ein Ablaufdiagramm eines Write-back-Caching-Schemas in Übereinstimmung mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform veranschaulicht;
7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens veranschaulicht, um Daten in Übereinstimmung mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform in eine Cache-Line einzufügen, und
8A und 8B einen Pseudo-Code veranschaulichen, um ein Write-back-Caching-Schema in Übereinstimmung mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zu implementieren.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Hierin beschriebene erfindungsgemäße Ausführungsformen werden in den beigefügten Figuren in beispielhafter und nicht einschränkender Weise veranschaulicht. Der Einfachheit und Deutlichkeit der Veranschaulichung halber sind in den Figuren veranschaulichte Elemente nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Beispielsweise können die Abmessungen einiger Elemente im Verhältnis zu anderen Elementen zur Verdeutlichung übermäßig groß dargestellt sein. Wo es zweckmäßig erschien, wurden weiter Bezugszeichen in den Figuren wiederholt, um entsprechende oder analoge Elemente zu kennzeichnen. Verweise in der Beschreibung auf „eine erfindungsgemäße Ausführungsform” bedeuten, dass ein bestimmtes Merkmal, eine Struktur oder Charakteristikum, das in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, in zumindest einer erfindungsgemäßen Ausführungsform enthalten ist. Somit bezieht sich das Auftreten des Ausdrucks „bei einer Ausführungsform” an verschiedenen Stellen in der Beschreibung nicht immer zwingend alle auf dieselbe Ausführungsform.
Erfindungsgemäße Ausführungsformen stellen ein Verfahren und System bereit, um ein energieausfallsicheres Write-back- oder Write-through-Caching von Daten in einem persistenten Speichergerät in eine oder mehr Cache-Lines einer Caching-Einheit zu ermöglichen, die keine atomaren Metadaten erfordert. Keine mit irgendeiner der Cache-Lines verbundenen Metadaten werden atomar in die Caching-Einheit geschrieben, wenn die Daten in dem Speichergerät gecacht sind. Somit wird keine besondere Cache-Hardware benötigt, um ein atomares Schreiben von Metadaten während des Cachens von Daten zu ermöglichen.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform beinhalten die mit den Cache-Lines verbundenen Metadaten den Ort der Daten auf dem gecachten Speichergerät, wie z. B. die logische Blockadresse (logical block address, LBA) der Daten, die Sequenznummer, den Zustand der Cache-Line, wie z. B. ob die Daten gültig oder ungültig sind, die Verankerungsinformationen oder gecachten LBAs des Speichergeräts und dergleichen, sind aber nicht darauf beschränkt. Das Speichergerät beinhaltet ein Festkörperlaufwerk (solid state drive, SSD), ein HDD, ein RAID-Volumen (Redundant Array of Independent Disks), ein Bandlaufwerk, ein Compact-Disk-(CD-), ein Disketten-, ein universelles serielles Bus-(universal serial bus, USB-)Flash-Speicher-Laufwerk oder jede andere Art Speichermedium für nicht flüchtige oder persistente Computerdaten, ist aber nicht darauf beschränkt. Die Caching-Einheit beinhaltet, ist aber nicht beschränkt auf, ein nicht flüchtiges Medium, ein SSD, einen NAND-Flash-Speicher, einen Phasenwechselspeicher oder jede andere Art Speichermedium für nicht flüchtige oder persistente Computerdaten.
1 veranschaulicht ein System 100, um die hierin offenbarten Verfahren in Übereinstimmung mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zu implementieren. Das System 100 beinhaltet, ist aber nicht darauf beschränkt, einen Desktopcomputer, einen Laptop, ein Notebook, ein Netbook, einen Minicomputer (personal digital assistant, PDA), einen Server, eine Workstation, ein Mobiltelefon, ein mobiles EDV-Gerät, ein Internet-Gerät oder jede andere Art EDV-Gerät. Bei einer weiteren Ausführungsform kann das System 100, das verwendet wird, um die hierin offenbarten Verfahren zu implementieren, ein Ein-Chip-System (system an a chip, SOC) sein.
Das System 100 beinhaltet einen Memory-/Graphik-Controller 120 und einen I/O-Controller 150. Der Memory-/Graphik-Controller 120 stellt typischerweise Speicher- und I/O-Managementfunktionen bereit, sowie eine Vielzahl von Universal- und/oder Spezialregistern, Zeitgebern etc., auf die vom Prozessor 110 zugegriffen werden kann oder die von ihm verwendet werden können. Der Prozessor 110 kann unter Verwendung eines oder mehrerer Prozessoren oder unter Verwendung von Mehrkemprozessoren implementiert sein. Der I/O-Controller 150 ermöglicht ein energieausfallsicheres Write-back- oder Write-through-Caching von Daten im Speichergerät 160 in eine oder mehrere Cache-Lines der Caching-Einheit 170 oder des Permanentspeichers 144 in Übereinstimmung mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Der Memory-/Graphik-Controller 120 führt Funktionen aus, die es dem Prozessor 110 ermöglichen, auf einen Hauptspeicher 140, der einen flüchtigen Speicher 142 und/oder einen Permanentspeicher 144 beinhaltet, zuzugreifen und damit zu kommunizieren. Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist ein weiterer flüchtiger Speicher 142 (nicht in 1 gezeigt) in das Speichergerät 160 eingebaut, um die Daten des Speichergeräts 160 zu cachen. Der Memory-/Graphik-Controller 120 kann, anstatt des I/O-Controllers 150, ein energieausfallsicheres Write-back- oder Write-through-Caching von Daten in dem Speichergerät 160 in die eine oder mehrere Cache-Lines der Caching-Einheit 170 in Übereinstimmung mit einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ermöglichen.
Der flüchtige Speicher 142 beinhaltet, ist aber nicht beschränkt auf, Synchronous Dynamic Random Access Memory (SDRAM), Dynamic Radom Access Memory (DRAM), RAMBUS DRAM (RDRAM) und/oder jede andere Art Speichergerät mit wahlfreiem Zugriff (random access). Der Permanentspeicher 144 beinhaltet, ist aber nicht beschränkt auf, NAND-Flash-Speicher, Festspeicher (read only memory, ROM), elektrisch löschbarer programmierbarer ROM (electrically erasable programmable ROM, EEPROM) und/oder jede andere gewünschte Art Speichergerät. Der Hauptspeicher 140 speichert Informationen und Befehle, die von dem Prozessor 110 ausgeführt werden sollen. Der Hauptspeicher 140 kann ebenfalls temporäre Variablen oder andere Zwischeninformationen speichern, während der Prozessor 110 Befehle ausführt. Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Memory-/Graphik-Controller 120 Teil des Prozessors 110.
Der Memory-/Graphik-Controller 120 ist mit einem Display-Gerät 130 verbunden, das Flüssigkristallbildschirme (liquid crystal displays, LCDs), Röhrenmonitor-(cathode ray tube, CRT-)Displays oder jede andere Art von visuellem Display-Gerät beinhaltet, aber nicht darauf beschränkt ist. Der I/O-Controller 150 ist mit einem Speichergerät(en) 160, einer Caching-Einheit(en) 170, einem Netzwerk-Interface 180 und einer Tastatur/Maus 190 gekoppelt, aber nicht darauf beschränkt. Insbesondere führt der I/O-Controller 150 Funktionen aus, die es dem Prozessor 110 ermöglichen, mit dem Speichergerät 160, der Caching-Einheit 170, dem Netzwerk-Interface 180 und der Tastatur/Maus 190 zu kommunizieren. Bei einer Ausführungsform könnte die Caching-Einheit 170 Teil des Speichergeräts 160 sein.
Das Netzwerk-Interface 180 ist unter Verwendung jeder Art wohl bekannten Netzwerk-Interface-Standards implementiert und beinhaltet, ist aber nicht darauf beschränkt, eine Ethernet-Schnittstelle, eine USB-Schnittstelle, eine Peripheral-Component-Interconnect-(PCI-)Express-Schnittstelle, eine Drahtlosschnittstelle und/oder jede andere geeignete Art von Schnittstelle. Die Drahtlosschnittstelle arbeitet in Übereinstimmung mit, ist aber nicht darauf beschränkt, der Drahtlosstandardfamilie Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802.11, Home Plug AV (HPAV), Ultra-Breitband (utra wide band, UWB), Bluetooth, WiMax oder jeder anderen Art von Drahtlos-Kommunikationsprotokoll.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist/sind der/die in 1 gezeigte(n) Bus(se) ein von allen damit verbundenen Komponenten gemeinsam benutzter Kommunikationslink. Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist/sind der/die in 1 gezeigte(n) Bus(se) ein Punkt-zu-Punkt-Kommunikationslink zwischen Komponentenpaaren, die miteinander verbunden sind. Während die in 1 gezeigten Komponenten als getrennte Blöcke innerhalb des Systems 100 dargestellt sind, können die von einigen dieser Blöcke ausgeführten Funktionen innerhalb einer einzigen Halbleiterschaltung integriert sein oder können unter Verwendung von zwei oder mehreren getrennten integrierten Schaltungen implementiert sein. Obwohl beispielsweise der Memory-/Graphik-Controller 120 und der I/O-Controller 150 als getrennte Blöcke dargestellt sind, ist es für einen Fachmann sofort selbstverständlich, dass der Memory-/Graphik-Controller 120 und der I/O-Controller 150 innerhalb einer einzigen Halbleiterschaltung integriert sein können.
2 veranschaulicht ein Blockdiagramm 200 eines I/O-Controllers 150 in Übereinstimmung mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Der I/O-Controller 150 verfügt über einen Wiederherstellungs-Controller 212 und einen Laufzeit-Controller 214. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform weist der Laufzeit-Controller 214 eine auf Heuristiken basierende Caching-Richtlinie auf, um zu bestimmen, ob die Daten des Speichergeräts 160 gecacht oder aus der Caching-Einheit 170 entfernt werden sollen. Die Heuristiken beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf, zuletzt aufgerufene LBAs, Verankerungsinformationen der LBAs und dergleichen. Der Laufzeit-Controller 214 führt ebenfalls Caching-Mechanismen aus, wie z. B. das Erkennen von Cache-Hits oder Cache Misses, und das Queuing von Befehlen zum Cachen oder Entfernen bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Der Laufzeit-Controller 214 verwendet die volle Datenkapazität der Caching-Einheit 170, um die Daten des Speichergeräts 160 bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zu cachen. Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform verwendet der Laufzeit-Controller 214 einen Teil der vollen Datenkapazität der Caching-Einheit 170, um die Daten des Speichergeräts 160 zu cachen. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform beispielsweise verwendet der Laufzeit-Controller 214 die Hälfte der vollen Datenkapazität der Caching-Einheit 170, um die Daten des Speichergeräts 160 zu cachen, und verwendet die andere Hälfte der vollen Datenkapazität der Caching-Einheit 170 als ein Speichermedium.
Der Wiederherstellungs-Controller 212 und der Laufzeit-Controller 214 ermöglichen bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ein energieausfallsicheres Write-back- oder Write-through-Caching der Daten in dem Speichergerät 160 in die Caching-Einheit 170. Für einen Fachmann ist es sofort selbstverständlich, dass andere Caching-Schemata ebenfalls verwendet werden können, ohne die erfindungsgemäßen Arbeiten zu beeinträchtigen. Im Falle eines Systemfehlers 100 bewahren bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Wiederherstellungs-Controller 212 und der Laufzeit-Controller 214 die Integrität oder Kohärenz der Daten in dem Speichergerät 160 und der gecachten Daten in der Caching-Einheit 170. Das Fehlerereignis des Systems 100 beinhaltet, ist aber nicht beschränkt auf, Fehler durch Energieverlust, Fehler durch Absturz des Betriebssystems (operating system, OS), unsachgemäße Beendigung des Systems 100 und andere Ereignisse, die nicht innerhalb der normalen Betriebsbedingungen des Systems 100 liegen.
Der Wiederherstellungs-Controller 212 stellt den Cache-Zustand der Cache-Lines in der Caching-Einheit 170 wieder her, nachdem ein Fehlerereignis bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform aufgetreten ist. Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformen verarbeitet der Wiederherstellungs-Controller 212 weitere Ereignisse, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, Abstandserkennung und Verarbeitung, Verarbeitung aller I/O-Daten vor der Initialisierung des Laufzeit-Controllers 214 und dergleichen. Obwohl der Wiederherstellungs-Controller 212 und der Laufzeit-Controller 214 als Teil des I/O-Controllers 150 in 2 dargestellt sind, soll dies als nicht einschränkend verstanden werden. Der Wiederherstellungs-Controller 212 und der Laufzeit-Controller 214 können gemeinsam in demselben Hardware- oder Softwaremodul implementiert sein oder sie können getrennt in verschiedenen Hardware- oder Softwaremodulen implementiert sein.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform sind der Wiederherstellungs-Controller 212 und der Laufzeit-Controller 214 Teil des Memory-/Graphik-Controllers 120. Der Wiederherstellungs-Controller 212 und der Laufzeit-Controller 214 können ebenfalls als ein einziger Controller bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform zusammengefasst sein. Für einen Fachmann ist es sofort selbstverständlich, dass verschiedene Konfigurationen des Wiederherstellungs-Controllers 212 und des Laufzeit-Controllers 214 implementiert werden können, ohne die erfindungsgemäßen Arbeiten zu beeinträchtigen. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform beispielsweise ist der Wiederherstellungs-Controller 212 als eine in einem Options-ROM des Systems 100 gespeicherte Firmware implementiert und der Laufzeit-Controller 214 ist in einem Blockspeichertreiber eines auf dem System 100 ablaufenden OS implementiert.
3 veranschaulicht ein Blockdiagramm 300 der Module in einem OS in Übereinstimmung mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Das OS hat eine Anwendungsschicht 310 und ein Dateisystem 320. Die Anwendungsschicht 310 ist in der Lage, auf Dateien zuzugreifen, die von dem Dateisystem 320 organisiert sind. Das OS verfügt ebenfalls über einen Speichertreiberstapel 330 und einen Blocktreiber 340. Der Blocktreiber 340 verfügt über einen Laufzeit-/Wiederherstellungs-Controller 344 in Übereinstimmung mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Der Blocktreiber 340 kann den Laufzeit-Controller, den Wiederherstellungs-Controller oder sowohl den Laufzeit- als auch den Wiederherstellungs-Controller beinhalten.
Der Laufzeit-/Wiederherstellungs-Controller 344 ist mit dem Speichergerät 160 und der Caching-Einheit 170 gekoppelt, und er cacht die Daten in dem Speichergerät 160 in die Caching-Einheit 170. Keine Zustandsinformationen oder mit irgendeiner der Cache-Lines der Caching-Einheit 170 verbundenen Metadaten werden atomar in der Caching-Einheit 170 während des Cachens der Daten in dem Speichergerät 160 gespeichert. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform verwendet das OS ein Write-back Caching-Schema, bei dem jegliche Daten, die auf das Speichergerät 160 geschrieben werden sollen, zuerst auf die Caching-Einheit 170 geschrieben werden. Das OS schreibt die Daten nicht auf das Speichergerät 160, sofort nach dem Schreiben auf die Caching-Einheit 170, sondern wartet eine angemessene Zeit, um die Daten auf das Speichergerät zu schreiben. Somit ist der Datenzugriff des Speichergeräts 160 minimiert, und das OS braucht nicht darauf zu warten, dass die Daten auf das Speichergerät 160 geschrieben werden, bevor weitere Befehle ausgeführt werden. Das Write-back-Caching-Schema ist vorteilhaft, um das Speichersubsystem des Systems 100 zu beschleunigen, da die Datenzugriffsgeschwindigkeit der Caching-Einheit 170 schneller ist, als die Datenzugriffsgeschwindigkeit des Speichergeräts 160.
Es kann sein, dass die Daten in dem Speichergerät 160 nicht mit den gecachten Daten in der Caching-Einheit 170 synchron sind, wenn ein Write-back-Caching-Schema verwendet wird. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform synchronisiert der Laufzeit-/Wiederherstellungs-Controller 344 die gecachten Daten in der Caching-Einheit 170 mit den Daten im Speichergerät 160, wenn der Nutzungsgrad des Prozessors 110, Speichergeräts 160 oder Caching-Einheit 170 des Systems 100 unter dem verwendeten liegt. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform beispielsweise bestimmt der Laufzeit-/Wiederherstellungs-Controller 344, dass der Nutzungsgrad des Prozessors 110 bei dem System 100 unterhalb eines Grenzwertes liegt und synchronisiert die gecachten Daten in der Caching-Einheit 170, die nicht mit den Daten in dem Speichergerät 160 synchronisiert worden sind. Für einen Fachmann ist es sofort selbstverständlich, dass weitere Schemata oder Richtlinien verwendet werden können, um eine Hintergrundsynchronisation der Daten in der Caching-Einheit 170 durchzuführen, ohne die erfindungsgemäßen Arbeiten zu beeinträchtigen.
Das OS kann einen periodischen Flush-Befehl an den I/O-Controller 150 ausgeben, um sicherzustellen, dass alle vorher geschriebenen Daten nicht flüchtig sind. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform garantiert der I/O-Controller 150, dass sowohl die Aktualisierungen der Daten als auch der Metadaten in dem Speichergerät 160 und der Caching-Einheit 170 nicht flüchtig sind, wenn ein Flush-Befehl ausgeführt wird, und dass alle vorher geschriebenen Daten wiederhergestellt werden können, auch wenn eine unsachgemäße Beendigung, wie z. B. ein Stromausfall des Systems 100 auftritt.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform verwendet das OS ein Write-through-Caching-Schema, bei dem die Daten in dem Speichergerät 160 und die gecachten Daten in der Caching-Einheit 170 immer synchron sind. Wenn das OS eine Schreiboperation durchführt, werden sowohl die Caching-Einheit 170 als auch das Speichergerät 160 mit denselben Daten beschrieben.
Erfindungsgemäße Ausführungsformen ermöglichen, dass die Entwicklungskosten des Systems 100 verringert werden, da keine besondere Caching-Hardware erforderlich ist, um ein energieausfallsicheres Write-through- und Write-back-Caching zu ermöglichen. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform beispielsweise wird ein relativ kleines SSD verwendet, um ein oder mehrere große Festplattenlaufwerke, ohne besondere Caching-Hardware zu benötigen, zu cachen.
4 veranschaulicht eine Konfiguration 400 einer Caching-Einheit 170 in Übereinstimmung mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Die Konfiguration 400 der Caching-Einheit 170 zeigt ein logisches Segment gepackter Metadaten 401 und ein weiteres logisches Segment an Cache-Lines 402. Die Blockbreite 405 der Caching-Einheit 170 zeigt die Datenbitbreite der Caching-Einheit 170. Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform kann die Konfiguration 400 der Caching-Einheit 170 ebenfalls weitere logische Segmente (nicht gezeigt in 4) beinhalten, die für andere Zwecke verwendet werden, wie z. B. Datensicherung oder Datenindizierung.
Beispielsweise ist das logische Segment von Cache-Lines 402 mit acht Cache-Lines (Cache-Lines 0 bis 7) dargestellt, die verwendet werden, um die Daten des Speichergeräts 160 zu cachen. Das logische Segment von Cache-Lines 402 beinhaltet keinerlei mit irgendeiner der Cache-Lines 402 verbundenen Metadaten. Für einen Fachmann ist es sofort selbstverständlich, dass die Caching-Einheit 170 mehr als acht Cache-Lines haben kann, um die Daten des Speichergeräts 160 zu cachen. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform speichert jede Cache-Line der Caching-Einheit 170 angrenzende Daten des Speichergeräts 160. Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform speichert jede Cache-Line von Caching-Einheit 170 angrenzende Daten des Speichergeräts 160 nicht. Die Blockbreite 405 ist nicht auf eine bestimmte Bitbreite beschränkt. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform entspricht die Blockbreite 405 der Busbreite des Kommunikationslinks zwischen der Caching-Einheit und dem Laufzeit-/Wiederherstellungs-Controller 344. Wenn bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform beispielsweise die Busbreite des Kommunikationslinks zwischen der Caching-Einheit und dem Laufzeit-/Wiederherstellungs-Controller 344 64 Bit beträgt, kann die Blockbreite 405 bei einer Bitbreite gesetzt werden, die einem Vielfachen von 64 Bit entspricht. Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Blockbreite 405 gesetzt, um ein Vielfaches der LBAs des Speichergeräts 160 zu speichern. Beispielsweise wird jede Cache-Line der Caching-Einheit auf eine Blockbreite 405 gesetzt, die vier LBAs des Speichergeräts 160 speichern kann.
Bei dem logischen Segment gepackter Metadaten 401 sind Metadaten 0 bis 7 in einem gepackten Format gespeichert, sodass mehrere Metadaten, jede mit einer anderen Cache-Line verbunden, bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform nebeneinander gespeichert werden. Beispielsweise werden Metadaten 0 410 mit der Cache-Line 0 450 verbunden, Metadaten 1 411 werden mit Cache-Line 1 451 verbunden und so weiter. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform weisen die gepackten Metadaten 401 eine Integritätssignatur für jeden Block Metadaten auf. Die Metadaten 0 bis 3 410, 411, 412 und 413 weisen eine Integritätssignatur 1 430 auf, und die Metadaten 4 bis 7 414, 415, 416 und 417 weisen eine Integritätssignatur 2 440 auf. Die Integritätssignaturen 430 und 440 schützen vor beschädigten Datenstrukturen aufgrund einer unerwarteten Beendigung von System 100 oder aufgrund eines Fehlerereignisses. Das logische Segment gepackter Metadaten 401 ist angrenzend in der Caching-Einheit 170 angeordnet, um einen schnelleren Zugriff der gepackten Metadaten 401 bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zu ermöglichen. Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das logische Segment gepackter Metadaten 401 nicht angrenzend in der Caching-Einheit 170 angeordnet. Bei noch einer weiteren Ausführungsform sind die Integritätssignaturen 430 und 440 nicht in dem logischen Segment gepackter Metadaten 401 gespeichert.
Um ein Write-back- oder Write-through-Caching in der Caching-Einheit 170 zu erleichtern, verwaltet das OS bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform Informationen der Cache-Lines in dem flüchtigen Speicher 142. Die Informationen der Cache-Lines beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf, eine Liste von Cache-Lines, die unbenutzt sind oder die keinerlei Daten des Speichergeräts 160 halten, eine Cache-Tabelle, die Linkinformationen zwischen den Daten oder LBA in dem Speichergerät 160 und den Cache-Lines in der Caching-Einheit 170 aufweist, die die Daten oder LBA speichert, Metadaten aller Cache-Lines in der Caching-Einheit 170, die in gepacktem Format oder einem anderen Format gespeichert werden können, eine Liste von Cache-Lines, für die ihre entsprechenden Metadaten in dem flüchtigen Speicher 142 noch auf die Metadaten in der Caching-Einheit 170 geschrieben werden müssen, und dergleichen. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform verwaltet das OS eine Kopie des logischen Segments gepackter Metadaten 401 der Caching-Einheit 170 in dem flüchtigen Speicher 142, um ein Write-back- oder Write-through-Caching in der Caching-Einheit 170 zu erleichtern. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform kann die Cache-Tabelle als eine Hash-Tabelle, ein Baum oder jede andere Datenstruktur zum Suchen implementiert sein.
5 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm 500 eines Write-through-Caching-Schemas in Übereinstimmung mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. In Schritt 510 prüft der Laufzeit-Controller, ob ein Fehlerereignis aufgetreten ist. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform prüft der Laufzeit-Controller ein Register oder Flag, das anzeigt, ob ein Fehlerereignis aufgetreten ist. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform prüft Schritt 510, ob das System 100 unsachgemäß heruntergefahren wurde. Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform prüft Schritt 510, ob das OS abgestürzt ist oder nicht funktioniert. Wenn es ein Fehlerereignis gibt, setzt der Laufzeit-Controller die Caching-Einheit 170 in Schritt 512 zurück.
Der Ablauf geht zurück zu Schritt 510, nachdem die Caching-Einheit 170 in Schritt 512 zurückgesetzt wurde. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform setzt der Laufzeit-Controller die Caching-Einheit 170 zurück, indem alle Cache-Lines der Caching-Einheit 170 zu einer Liste freier oder unbenutzter Cache-Lines hinzugefügt werden. Die Liste freier Cache-Lines zeigt dem Laufzeit-Controller an, dass die Cache-Lines in der Liste verfügbar sind, um die Daten des Speichergeräts 160 zu cachen. Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform setzt der Laufzeit-Controller die Caching-Einheit 170 zurück, indem er alle Cache-Lines der Caching-Einheit 170 als unbenutzt auszeichnet oder markiert.
Wenn es kein Fehlerereignis gibt, prüft der Laufzeit-Controller, ob eine Anfrage vorliegt, das System 100 in Schritt 520 sachgemäß herunterzufahren. Ein sachgemäßes Herunterfahren oder Beenden des Systems 100 betrifft ein Ereignis, bei dem das OS einen Befehl an das System 100 ausgibt, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, einen Neustartbefehl, einen Befehl zur Beendigung, einen Hibernate-Befehl, einen Standby-Befehl oder jeden Befehl, der das System 100 herunterfährt. Wenn eine Anfrage zum sachgemäßen Herunterfahren des Systems 100 vorliegt, kopiert der Laufzeit-Controller die gepackten Metadaten, die mit all den Cache-Lines der Caching-Einheit 170 verbunden sind, in Schritt 522 von dem flüchtigen Speicher 142 in die Caching-Einheit 170. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform kopiert der Laufzeit-Controller die gepackten Metadaten, die mit all den Cache-Lines der Caching-Einheit 170 verbunden sind, von dem flüchtigen Speicher 142 in das logische Segment gepackter Metadaten 401. Im optionalen Schritt 524 kopiert der Laufzeit-Controller die Cache-Tabelle von dem flüchtigen Speicher 142 in die Caching-Einheit 170 und der Ablauf 500 geht zu Schritt 510 zurück.
Wenn keine Anfrage zum sachgemäßen Herunterfahren des Systems 100 vorliegt, prüft der Laufzeit-Controller, ob eine Anfrage vorliegt, Daten in Schritt 530 in die Cache-Line(s) der Caching-Einheit 170 zu aktualisieren oder einzufügen. Wenn bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform beispielsweise das OS Daten auf einen bestimmten Adressort in dem Speichergerät 160 schreiben möchte, prüft der Laufzeit-Controller die Cache-Tabelle, ob die Daten an dem bestimmten Adressort in dem Speichergerät 160 in die Caching-Einheit 170 gecacht sind. Wenn es einen Cache-Hit gibt, d. h. die Daten an dem bestimmten Adressort sind in der Caching-Einheit 170 gecacht, empfängt der Laufzeit-Controller eine Anfrage, um die übereinstimmende(n) Cache-Line(s), die die Daten des bestimmten Adressortes speichert/speichern, zu aktualisieren. Wenn es einen Cache-Miss gibt, d. h. die Daten an dem bestimmten Adressort sind nicht in der Caching-Einheit 170 gecacht, empfängt der Laufzeit-Controller eine Anfrage, um die Daten des bestimmten Adressortes in die Cache-Line(s) der Caching-Einheit 170 einzufügen.
Wenn eine Anfrage vorliegt, Daten in die Cache-Line(s) der Caching-Einheit 170 zu aktualisieren oder einzufügen, aktualisiert der Laufzeit-Controller in Schritt 532 die gepackten Metadaten oder Zustandsinformationen, die mit der/den Cache-Line(s) verbunden sind, basierend auf den neuen zu schreibenden Daten, in dem flüchtigen Speicher 142. In Schritt 534 aktualisiert der Laufzeit-Controller die Cache-Line(s) und das Speichergerät 160 mit den neuen Daten. Die Daten in der Caching-Einheit 170 und dem Speichergerät 160 werden synchronisiert, wenn Schritt 534 ausgeführt ist.
Wenn keine Anfrage vorliegt, Daten in der/den Cache-Line(s) der Caching-Einheit 170 zu aktualisieren oder einzufügen, prüft der Wiederherstellungs-Controller, ob irgendeine Benachrichtigung zum Hochfahren des Systems 100 in Schritt 540 vorliegt. Wenn ja, speichert der Wiederherstellungs-Controller die gepackten Metadaten in der Caching-Einheit 170 in Schritt 542 erneut in den flüchtigen Speicher 142 oder kopiert sie dorthin. Im optionalen Schritt 544 speichert der Wiederherstellungs-Controller die Cache-Tabelle in der Caching-Einheit 170 erneut in den flüchtigen Speicher 142 oder kopiert sie dorthin, wenn die Cache-Tabelle bei einer vorherigen Beendigung des Systems 100 gespeichert wurde und der Ablauf 500 geht zu Schritt 510 zurück.
Wenn nicht, prüft der Laufzeit-Controller, ob eine Anfrage vorliegt, die Daten von der Caching-Einheit 170 in Schritt 550 zu lesen. Wenn bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform beispielsweise das OS Daten aus einem bestimmten Adressort in dem Speichergerät 160 lesen möchte, empfängt der Laufzeit-Controller eine Anfrage, Daten aus der Caching-Einheit 170 zu lesen. Wenn eine Anfrage vorliegt, die Daten aus der Caching-Einheit 170 zu lesen, prüft der Laufzeit-Controller die Cache-Tabelle, ob die Daten an dem bestimmten Adressort in dem Speichergerät 160 in Schritt 552 in der Caching-Einheit 170 gecacht sind. Wenn keine Anfrage vorliegt, die Daten aus der Caching-Einheit 170 zu lesen, geht der Ablauf zu Schritt 510 zurück.
In Schritt 554 prüft der Laufzeit-Controller, ob es einen Cache-Hit gibt, d. h. die Daten an dem bestimmten Adressort in dem Speichergerät 160 sind in der Caching-Einheit 170 gecacht. Wenn ja, liest der Laufzeit-Controller die Daten aus der Caching-Einheit 170 und liefert die Daten in Schritt 556 an das OS zurück und der Ablauf 500 geht zu Schritt 510 zurück. Wenn nicht, sendet der Laufzeit-Controller in Schritt 558 einen Cache-Miss an das OS. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform greift der Laufzeit-Controller auf die Daten an dem bestimmten Adressort in dem Speichergerät 160 zu, wenn es einen Cache-Miss gibt, und liefert in Schritt 558 die Daten an das OS zurück und der Ablauf 500 geht zu Schritt 510 zurück.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform schreibt oder aktualisiert der Laufzeit-Controller die gepackten Metadaten in der Caching-Einheit 170 nicht während der Laufzeit, wenn ein Write-through-Caching-Schema verwendet wird. Da die Daten in dem Speichergerät 160 und Caching-Einheit 170 immer synchronisiert sind, kann die Caching-Einheit 170 zurückgesetzt werden, wenn ein Fehlerereignis, wie z. B. ein Energieverlustereignis, auftritt. Das System 100 ist energieausfallsicher, da die Integrität der Daten in dem Speichergerät 160 sogar während eines Energieverlustereignisses aufrechterhalten wird.
6A veranschaulicht ein Ablaufdiagramm 600 eines Write-back-Caching-Schemas in Übereinstimmung mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. In Schritt 610 prüft der Laufzeit-Controller, ob eine Anfrage vorliegt, eine Cache-Line(s) der Caching-Einheit 170 zu aktualisieren. Wenn eine Anfrage zum Aktualisieren der Cache-Line(s) vorliegt, aktualisiert der Laufzeit-Controller die entsprechende(n) Cache-Line(s) mit den neuen Daten in Schritt 612. In Schritt 614 aktualisiert der Laufzeit-Controller die gepackten Metadaten oder Zustandsinformationen, die mit der/den Cache-Line(s) verbunden sind, basierend auf den neuen zu schreibenden Daten in dem flüchtigen Speicher 142. In Schritt 616 aktualisiert der Laufzeit-Controller die gepackten Metadaten oder Zustandsinformationen, die mit der/den Cache-Line(s) verbunden sind, basierend auf den neuen zu schreibenden Daten in der Caching-Einheit 170. Bei einer weiteren Ausführungsform kopiert der Laufzeit-Controller in Schritt 616 die gepackten Metadaten oder Zustandsinformationen, die mit der/den Cache-Line(s) in dem flüchtigen Speicher 142 verbunden sind, in die entsprechenden gepackten Metadaten, die mit der/den Cache-Line(s) in dem logischen Segment gepackter Metadaten 401 der Caching-Einheit 170 verbunden sind. Der Ablauf 600 geht zu Schritt 610 zurück, nachdem Schritt 616 ausgeführt ist.
Wenn keine Anfrage zum Aktualisieren der Cache-Line(s) vorliegt, prüft der Laufzeit-Controller, ob eine Anfrage vorliegt, das System 100 sachgemäß in Schritt 620 herunterzufahren. Wenn eine Anfrage vorliegt, das System 100 sachgemäß herunterzufahren, kopiert der Laufzeit-Controller in einem optionalen Schritt 624 die Cache-Tabelle von dem flüchtigen Speicher 142 in die Caching-Einheit 170 und der Ablauf 600 geht zu Schritt 610 zurück. Wenn keine Anfrage vorliegt, das System 100 sachgemäß herunterzufahren, prüft der Laufzeit-Controller, ob das OS einen Flush-Befehl in Schritt 630 ausgegeben hat. Wenn das OS einen Flush-Befehl ausgegeben hat, flusht der Laufzeit-Controller in Schritt 632 jegliche flüchtigen Daten sowohl in dem Speichergerät 160 als auch in der Caching-Einheit 170.
Wenn das OS keinen Flush-Befehl ausgegeben hat, prüft der Wiederherstellungs-Controller, ob irgendeine Benachrichtigung zum Hochfahren des Systems 100 in Schritt 640 vorliegt. Wenn ja, speichert der Wiederherstellungs-Controller die gepackten Metadaten in der Caching-Einheit 170 in Schritt 642 erneut in den flüchtigen Speicher 142 oder kopiert sie dorthin. Im optionalen Schritt 644 speichert der Wiederherstellungs-Controller die Cache-Tabelle in der Caching-Einheit 170 erneut in den flüchtigen Speicher 142 oder kopiert sie dorthin, wenn die Cache-Tabelle bei einer vorherigen Beendigung des Systems 100 gespeichert wurde, und der Ablauf 600 geht zu Schritt 610 zurück.
Wenn nicht, prüft der Laufzeit-Controller, ob eine Anfrage vorliegt, die Daten von der Caching-Einheit 170 in Schritt 650 zu lesen. Wenn eine Anfrage vorliegt, die Daten aus der Caching-Einheit 170 zu lesen, prüft der Laufzeit-Controller die Cache-Tabelle, ob die Daten an dem bestimmten Adressort in dem Speichergerät 160 in Schritt 652 in der Caching-Einheit 170 gecacht sind. Wenn keine Anfrage vorliegt, die Daten aus der Caching-Einheit 170 zu lesen, geht der Ablauf zu Schritt 610 zurück.
In Schritt 654 prüft der Laufzeit-Controller, ob es einen Cache-Hit gibt, d. h. die Daten an dem bestimmten Adressort in dem Speichergerät 160 sind in der Caching-Einheit 170 gecacht. Wenn ja, liest der Laufzeit-Controller die Daten aus der Caching-Einheit 170 und liefert die Daten in Schritt 656 an das OS zurück und der Ablauf 600 geht zu Schritt 610 zurück. Wenn nicht, sendet der Laufzeit-Controller in Schritt 658 einen Cache-Miss an das OS. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform greift der Laufzeit-Controller auf die Daten an dem bestimmten Adressort in dem Speichergerät 160 zu, wenn es einen Cache-Miss gibt, und liefert in Schritt 658 die Daten an das OS zurück, und der Ablauf 600 geht zu Schritt 610 zurück. Das Write-back-Caching-Schema von 6A erfordert einen zusätzlichen Schreibvorgang auf die Caching-Einheit 170, um die gepackten Metadaten, die mit der/den Cache-Line(s) für jeden Cache-Line-Schreibvorgang für neue Daten verbunden sind, zu aktualisieren.
6B veranschaulicht ein Ablaufdiagramm 660 eines Write-back-Caching-Schemas in Übereinstimmung mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. In Schritt 610 prüft der Laufzeit-Controller, ob eine Anfrage vorliegt, eine Cache-Line(s) der Caching-Einheit 170 zu aktualisieren. Wenn eine Anfrage zum Aktualisieren der Cache-Line(s) vorliegt, aktualisiert der Laufzeit-Controller die entsprechende(n) Cache-Line(s) mit den neuen Daten in Schritt 612. In Schritt 614 aktualisiert der Laufzeit-Controller die gepackten Metadaten oder Zustandsinformationen, die mit der/den Cache-Line(s) verbunden sind, basierend auf den neuen zu schreibenden Daten in dem flüchtigen Speicher 142. In Schritt 615 zeichnet der Laufzeit-Controller die Cache-Line(s) basierend auf den neuen Daten in der Caching-Einheit 170 als eine ausstehende Aktualisierung der gepackten Metadaten, die mit den Cache-Lines verbunden sind, aus. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zeichnet der Laufzeit-Controller die Cache-Line(s) aus, indem er die Cache-Line(s) zu einer Liste der ausstehenden Metadaten-Schreibvorgänge im flüchtigen Speicher 142 hinzufügt. Die Liste ausstehender Metadaten-Schreibvorgänge beinhaltet Cache-Line(s), die verbundene gepackte Metadaten aufweisen, die nicht zwischen dem flüchtigen Speicher 142 und der Caching-Einheit 170 synchronisiert wurden.
Wenn keine Anfrage zum Aktualisieren der Cache-Line(s) vorliegt, prüft der Laufzeit-Controller, ob eine Anfrage vorliegt, das System 100 sachgemäß in Schritt 620 herunterzufahren. Wenn eine Anfrage vorliegt, das System 100 sachgemäß herunterzufahren, schreibt der Laufzeit-Controller alle ausstehenden gepackten Metadaten in dem flüchtigen Speicher 142 in die gepackten Metadaten in der Caching-Einheit 170. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform bestimmt der Laufzeit-Controller aus der Liste ausstehender Metadaten-Schreibvorgänge, welche Metadaten aktualisiert oder geschrieben werden sollen. Im optionalen Schritt 624 kopiert der Laufzeit-Controller die Cache-Tabelle von dem flüchtigen Speicher 142 in die Caching-Einheit 170 und der Ablauf 660 geht zu Schritt 610 zurück.
Wenn keine Anfrage vorliegt, das System 100 sachgemäß herunterzufahren, prüft der Laufzeit-Controller, ob das OS einen Flush-Befehl in Schritt 630 ausgegeben hat. Wenn ein Flush-Befehl ausgegeben wurde, aktualisiert der Laufzeit-Controller in Schritt 631 alle ausstehenden gepackten Metadaten in dem flüchtigen Speicher 142 in die gepackten Metadaten in der Caching-Einheit 170. Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform aktualisiert oder kopiert der Laufzeit-Controller in einer einzigen sequentiellen Schreiboperation in Schritt 631 die gesamten gepackten Metadaten von dem flüchtigen Speicher 142 in die Caching-Einheit 170. In Schritt 632 flusht der Laufzeit-Controller jegliche flüchtigen Daten sowohl in dem Speichergerät 160 als auch in der Caching-Einheit 170.
Wenn kein Flush-Befehl ausgegeben wurde, prüft der Wiederherstellungs-Controller, ob irgendeine Benachrichtigung zum Hochfahren des Systems 100 in Schritt 640 vorliegt. Wenn ja, speichert der Wiederherstellungs-Controller die gepackten Metadaten in der Caching-Einheit 170 in Schritt 642 erneut in den flüchtigen Speicher 142 oder kopiert sie dorthin. Im optionalen Schritt 644 speichert der Wiederherstellungs-Controller die Cache-Tabelle in der Caching-Einheit 170 erneut in den flüchtigen Speicher 142 oder kopiert sie dorthin, wenn die Cache-Tabelle bei einer vorherigen Beendigung des Systems 100 gespeichert wurde, und der Ablauf 660 geht zu Schritt 610 zurück.
Wenn nicht, prüft der Laufzeit-Controller, ob eine Anfrage vorliegt, die Daten aus der Caching-Einheit 170 in Schritt 650 zu lesen. Wenn eine Anfrage vorliegt, die Daten aus der Caching-Einheit 170 zu lesen, prüft der Laufzeit-Controller die Cache-Tabelle, ob die Daten an dem bestimmten Adressort in dem Speichergerät 160 in Schritt 652 in der Caching-Einheit 170 gecacht sind. Wenn keine Anfrage vorliegt, die Daten aus der Caching-Einheit 170 zu lesen, geht der Ablauf 660 zu Schritt 610 zurück.
In Schritt 654 prüft der Laufzeit-Controller, ob es einen Cache-Hit gibt, d. h. ob die Daten an dem bestimmten Adressort in dem Speichergerät 160 in der Caching-Einheit 170 gecacht sind. Wenn ja, liest der Laufzeit-Controller die Daten aus der Caching-Einheit 170 und liefert die Daten in Schritt 656 an das OS zurück, und der Ablauf 660 geht zu Schritt 610 zurück. Wenn nicht, sendet der Laufzeit-Controller in Schritt 658 einen Cache-Miss an das OS. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform greift der Laufzeit-Controller auf die Daten an dem bestimmten Adressort in dem Speichergerät 160 zu, wenn es einen Cache-Miss gibt, und liefert in Schritt 658 die Daten an das OS zurück, und der Ablauf 660 geht zu Schritt 610 zurück. Das Write-back-Caching-Schema von 6B erfordert einen optionalen zusätzlichen Schreibvorgang auf die Caching-Einheit 170, um die gepackten Metadaten, die mit der/den Cache-Line(s) für jedes Ereignis zum Flushen oder Herunterfahren verbunden sind, zu aktualisieren.
6C veranschaulicht ein Ablaufdiagramm 680 eines Write-back-Caching-Schemas in Übereinstimmung mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. 6C wird mit Bezug auf 6B erörtert, da der Ablauf 680 eine Variante des Ablaufs 660 ist. Alle Schritte in Ablauf 660, mit Ausnahme von Schritt 631, gelten für Ablauf 680, und diese Schritte sollen hierin nicht wiederholt werden. In Ablauf 680 prüft der Laufzeit-Controller, nachdem ein Flush-Befehl vom OS in Schritt 630 empfangen wurde, ob angrenzende ausstehende Schreibvorgänge in der Liste ausstehender Metadaten-Schreibvorgänge in Schritt 662 vorliegen. Zum Zwecke der Veranschaulichung wird angenommen, dass die Liste ausstehender Metadaten-Schreibvorgänge ausstehende Metadaten-Schreibvorgänge für sieben Cache-Lines (Cache-Lines 5, 6, 7, 9, 12, 13 und 45) aufweist.
Bei dem angenommenen Szenario geht der Ablauf 680 zu Schritt 664, da Cache-Lines 5, 6 und 7 angrenzend sind und Cache-Lines 12 und 13 ebenfalls angrenzend sind. In Schritt 664 kombiniert der Laufzeit-Controller die Metadaten-Schreibvorgänge für Cache-Lines 5, 6 und 7 in einen einzigen Metadaten-Schreibvorgang. Er kombiniert ebenfalls die Metadaten-Schreibvorgänge für Cache-Lines 12 und 13 in einen weiteren einzigen Metadaten-Schreibvorgang. Daher hat der Laufzeit-Controller vier Metadaten-Schreibvorgänge (kombinierter Schreibvorgang von 5, 6 und 7, 9, kombinierter Schreibvorgang von 12 und 13 sowie 45) anstatt der ursprünglich sieben Metadaten-Schreibvorgänge. In Schritt 670 führt der Laufzeit-Controller die vier Metadaten-Schreibvorgänge von Schritt 664 aus.
Bei einem weiteren veranschaulichenden Beispiel wird angenommen, dass die Liste ausstehender Metadaten-Schreibvorgänge ausstehende Metadaten-Schreibvorgänge für fünf Cache-Lines (Cache-Lines 3, 9, 11, 14 und 45) aufweist. Bei dem angenommenen Szenario geht der Ablauf 680 zu Schritt 662, um zu prüfen, ob es einen kleinen Abstand bei dem Adressort der ausstehenden zu schreibenden Cache-Lines gibt. Der Abstand zwischen den Cache-Lines wird als klein bezeichnet, wenn die Zeit, die benötigt wird, um die Cache-Lines gemeinsam zu schreiben, kürzer ist als die Zeit, die benötigt wird, bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform die Cache-Lines getrennt zu schreiben. Wenn beispielsweise die Zeit, die erforderlich ist, um die mit Cache-Lines 9, 10 und 11 verbundenen Metadaten zu aktualisieren, kürzer ist als die Zeit, die erforderlich ist, um die mit Cache-Lines 9 und 11 verbundenen Metadaten getrennt zu aktualisieren, wird der Abstand zwischen Cache-Lines 9 und 11 als klein angesehen. Obwohl die mit Cache-Line 10 verbundenen Metadaten nicht aktualisiert werden müssen, verringert eine Kombination der Metadaten-Aktualisierung der Cache-Lines die erforderliche Zeit, um die Cache-Lines bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zu aktualisieren.
Bei dem angenommenen Szenario wird der Abstand zwischen Cache-Lines 9 und 11 und zwischen Cache-Lines 11 und 14 als klein angenommen und der Ablauf geht zu Schritt 668. In Schritt 668 kombiniert der Laufzeit-Controller die Cache-Lines mit einem kleinen Abstand zwischen ihnen zu einem großen Metadaten-Cache-Schreibvorgang. Bei dem angenommenen Szenario beispielsweise kombiniert der Laufzeit-Controller eine Metadaten-Aktualisierung für Cache-Lines 9, 11 und 14 in eine einzige Metadaten-Aktualisierung für Cache-Lines 9–14, obwohl Cache-Lines 10, 12 und 13 nicht modifiziert werden müssen. In Schritt 670 führt der Laufzeit-Controller die kombinierten Metadaten-Schreibvorgänge von Schritt 664 aus und der Ablauf geht zu Schritt 634 in Ablauf 660. Die Schritte 664 und 668 optimieren die Operationen, um die ausstehenden gepackten Metadaten in der Caching-Einheit 170 zu aktualisieren. In Ablauf 680 bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform kann nur einer der Schritte 662 und 664 sowie der Schritte 666 und 668 ausgeführt werden. Für einen Fachmann ist es sofort selbstverständlich, dass weitere Optimierungen durchgeführt werden können, um die Zeit zum Aktualisieren der ausstehenden Metadaten-Aktualisierungen in der Caching-Einheit 170 zu verringern, ohne die erfindungsgemäßen Arbeiten zu beeinträchtigen.
Die in 6A, 6B und 6C veranschaulichten Write-back-Caching-Schemata sollen als nicht einschränkend verstanden werden. Für einen Fachmann ist es sofort selbstverständlich, dass verschiedene Kombinationen oder Modifikationen der Schritte durchgeführt werden können, ohne die erfindungsgemäßen Arbeiten zu beeinträchtigen. Ein Benutzer des Systems 100 kann sich entscheiden, eines der drei Write-back-Caching-Schemata von 6A, 6B und 6C zu verwenden, und kann ebenfalls jede Kombination der drei Write-back-Schemata von 6A, 6B und 6C verwenden.
7 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm 700 eines Verfahrens, um Daten in Übereinstimmung mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform in eine Cache-Line der Caching-Einheit 170 einzufügen. In Schritt 710 prüft der Laufzeit-Controller, ob eine Anfrage vorliegt, Daten in die Cache-Line(s) der Caching-Einheit 170 einzufügen. Wenn bei einer erfindungsgemäßen Ausfühnmgsform beispielsweise das OS Daten auf einen bestimmten Adressort in dem Speichergerät 160 schreiben möchte, prüft der Laufzeit-Controller die Cache-Tabelle, ob die Daten an dem bestimmten Adressort in dem Speichergerät 160 in die Caching-Einheit 170 gecacht sind. Wenn es keinen Cache-Hit gibt, d. h. die Daten an dem bestimmten Adressort nicht in der Caching-Einheit 170 gecacht sind, kann der Laufzeit-Controller eine Anfrage empfangen, um die Daten in die Cache-Line(s) der Caching-Einheit 170 einzufügen.
Wenn keine Anfrage vorliegt, Daten in die Cache-Line(s) einzufügen, endet der Ablauf. Wenn eine Anfrage vorliegt, Daten in die Cache-Line(s) einzufügen, prüft der Laufzeit-Controller, ob es irgendwelche freien Cache-Lines in der Caching-Einheit 170 in Schritt 720 gibt. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform werden alle unbenutzten Cache-Lines in der Caching-Einheit 170 als freie Cache-Lines ausgezeichnet oder markiert. Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein fester Anteil der unbenutzten Cache-Lines in der Caching-Einheit 170 als freie Cache-Lines ausgezeichnet oder markiert. Bei einer Ausführungsform beispielsweise kann der Laufzeit-Controller fünf Cache-Lines der Caching-Einheit 170 als freie Cache-Lines auszeichnen. Wenn es keine freien Cache-Lines gibt, wählt der Laufzeit-Controller basierend auf einer Richtlinie zum Entfernen in Schritt 722 eine oder mehr Cache-Lines der Caching-Einheit 170 zum Entfernen aus. Die Richtlinie zum Entfernen beinhaltet, ist aber nicht darauf beschränkt, dass die zuletzt benutzte(n) Cache-Line(s) entfernt wird/werden, dass die erste Cache-Line der Caching-Einheit 170 entfernt wird oder dergleichen.
In Schritt 724 wird/werden die ausgewählte(n) Cache-Line(s) durch den Laufzeit-Controller entfernt. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform entfernt der Laufzeit-Controller die ausgewählte(n) Cache-Line(s), indem die gecachten Daten in der/den ausgewählten Cache-Line(s) in das Speichergerät 160 geschrieben werden, sofern sie noch nicht synchronisiert wurden. In Schritt 726 markiert der Laufzeit-Controller die entfernte(n) Cache-Line(s) als freie Cache-Line(s) oder zeichnet sie so aus, und der Ablauf geht zu Schritt 730. Wenn es freie Cache-Line(s) gibt, wählt der Laufzeit-Controller eine oder mehrere freie Cache-Line(s) der Caching-Einheit 170 aus, um die Daten, die in Schritt 730 geschrieben werden sollen, zu cachen. Die Auswahl-Richtlinie der freien Cache-Line(s) beinhaltet, ist aber nicht beschränkt auf, erste verfügbare freie Cache-Line, zuletzt verwendete freie Cache-Line und dergleichen. In Schritt 740 schreibt der Laufzeit-Controller die Daten auf die ausgewählte(n) freie(n) Cache-Line(s).
In Schritt 750 aktualisiert der Laufzeit-Controller die gepackten Metadaten oder Zustandsinformationen, die mit der/den ausgewählten Cache-Line(s) verbunden sind, basierend auf den neuen Daten in dem flüchtigen Speicher 142. Nach Schritt 750 kann der Ablauf 700 einen optionalen Schritt 760 ausführen, bei dem der Laufzeit-Controller die Cache-Line(s) als eine ausstehende Aktualisierung der gepackten Metadaten, die mit den Cache-Lines verbunden sind, basierend auf den neuen Daten in der Caching-Einheit 170 auszeichnet, wenn das Write-back-Caching-Schema von Ablauf 660 oder 680 verwendet wird, oder er kann einen optionalen Schritt 770 ausführen, bei dem der Laufzeit-Controller die gepackten Metadaten oder Zustandsinformationen, die mit der/den ausgewählten Cache-Line(s) verbunden sind, basierend auf den neuen Daten in der Caching-Einheit 170 aktualisiert, wenn das Write-back-Caching-Schema von Ablauf 600 verwendet wird. Der Ablauf endet, nachdem entweder optionaler Schritt 760 oder 770 ausgeführt ist.
Wenn Cache-Line(s) entfernt werden, wird ein sofortiges Aktualisieren der gepackten Metadaten, die mit der/den Cache-Line(s) in der Caching-Einheit 170 verbunden sind, erforderlich, da ein Fehlerereignis, wie z. B. ein Energieausfall des Systems 100, ein Datenintegritätsproblem in dem Speichergerät 160 und der Caching-Einheit 170 hervorrufen kann. Somit ist beim Entfernen von Cache-Line(s) ein Metadaten-Schreibvorgang, die mit der/den Cache-Line(s) in der Caching-Einheit 170 verbunden sind, nach jedem Entfernen erforderlich. Jedoch führt ein Durchführen eines zusätzlichen Metadaten-Schreibvorganges nach jedem Entfernen der Cache-Line(s) zu Mehraufwand. Um den Mehraufwand zu vermeiden, beinhaltet das in 7 erörterte Verfahren zum Einfügen von Daten in eine Cache-Line(s) der Caching-Einheit 170, dass neue Daten in freie Cache-Line(s) anstatt in eine Cache-Line(s) mit gecachten Daten eingefügt werden.
Zum Zwecke der Veranschaulichung wird beispielsweise angenommen, dass der Laufzeit-Controller eine Anfrage zum Einfügen von Daten für LBA 1 des Speichergeräts 160 empfängt. Es wird angenommen, dass Cache-Line 4 die Daten von LBA 5 des Speichergeräts 160 speichert. Wenn ein Fehlerereignis auftritt, nachdem die Daten von LBA 1 des Speichergeräts 160 auf Cache-Line 4 geschrieben wurden, aber bevor die mit Cache-Line 4 verbundenen Metadaten aktualisiert wurden, wird das System 100 bei einem Neustart- oder Rebootereignis erkennen, dass Cache-Line 4 über die Daten von LBA 5 basierend auf den mit Cache-Line 4 verbundenen Metadaten verfügt. Dies ist jedoch falsch, da die Cache-Line 4 mit den Daten von LBA 1 des Speichergeräts 160 aktualisiert wurde.
Dadurch, dass neue Daten in freie Cache-Lines, wie in dem Ablauf 700 von 7 beschrieben, eingefügt werden, beeinträchtigt ein auftretendes Fehlerereignis die Datenintegrität des Speichergeräts 160 und Caching-Einheit 170 nicht. Wenn zum Zwecke der Veranschaulichung beispielsweise der Laufzeit-Controller eine Anfrage empfängt, um die Daten von LBA 1 des Speichergeräts 160 in die Caching-Einheit 170 einzufügen, wählt die Laufzeit eine freie Cache-Line aus, um die Daten von LBA 1 des Speichergeräts 160 zu cachen. Wenn ein Fehlerereignis auftritt, nachdem die freie Cache-Line mit den Daten von LBA 1 des Speichergeräts 160 aktualisiert wurde, aber bevor die mit der freien Cache-Line verbundenen Metadaten aktualisiert werden, beeinträchtigt das Fehlerereignis die Datenintegrität in dem Speichergerät 160 und der Caching-Einheit 170 nicht. Da es sich um ein Fehlerereignis handelt und kein Flush-Ereignis aufgetreten ist, können die neuen Daten verworfen werden, ohne das System 100 zu beeinträchtigen.
Das Write-through-Caching-Schema ist nicht auf den in 5 gezeigten Algorithmus beschränkt. Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform kann das Write-through-Caching-Schema einen der in 6A, 6B und 6C gezeigten Write-back-Caching-Algorithmen verwenden. Das Write-back-Caching-Schema kann einen der in 6A, 6B und 6C gezeigten Write-back-Caching-Algorithmen und die in 7gezeigten Algorithmen verwenden. Wenn das Write-through-Caching-Schema einen der in 6A, 6B und 6C gezeigten Write-back-Caching-Algorithmen und die in 7 gezeigten Algorithmen verwendet, kann der Write-through-Cache auch über unsachgemäße Beendigungen warm gehalten werden.
8A und 8B veranschaulichen einen Pseudo-Code 800 und 850, um ein Write-back-Caching-Schema in Übereinstimmung mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zu implementieren. Zum Zwecke der Veranschaulichung wird ein HDD verwendet, um das Speichergerät 160 beispielhaft darzustellen, und ein SSD wird verwendet, um die Caching-Einheit 170 beispielhaft darzustellen. Für einen Fachmann werden die Arbeiten des Pseudo-Codes 800 und 850 sofort selbstverständlich sein, und die Arbeiten des Pseudo-Codes 800 und 850 sollen nicht ausführlich erörtert werden.
Obwohl Beispiele der Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands beschrieben sind, ist es für einen Fachmann sofort selbstverständlich, dass viele andere Verfahren zum Implementieren des offenbarten Gegenstands alternativ verwendet werden können. Bei der vorstehenden Beschreibung sind verschiedene Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands beschrieben worden. Zum Zwecke der Erklärung wurden spezifische Anzahlen, Systeme und Konfigurationen dargelegt, um ein gründliches Verständnis des Gegenstands bereitzustellen. Es ist jedoch einem Fachmann, der den Vorteil dieser Offenbarung hat, selbstverständlich, dass der Gegenstand ohne die spezifischen Details umgesetzt werden kann. In anderen Fällen wurden wohl bekannte Merkmale, Komponenten oder Module weggelassen, vereinfacht, kombiniert oder aufgeteilt, um den offenbarten Gegenstand nicht zu verschleiern.
Der hierin verwendete Begriff „arbeitet” bedeutet, dass das Gerät, System, Protokoll etc. in der Lage ist oder dazu ausgelegt ist, für seine gewünschte Funktionalität zu arbeiten, wenn sich das Gerät oder System in einem ausgeschalteten Zustand befindet. Verschiedene Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands können in Hardware, Firmware, Software oder Kombinationen davon implementiert sein, und können unter Bezugnahme auf oder in Verbindung mit Programmcode, wie z. B. Befehlen, Funktionen, Verfahrensweisen, Datenstrukturen, Logik, Anwendungsprogrammen, Designdarstellungen oder Formaten zur Simulation, Emulation und Herstellung eines Designs beschrieben werden, die, wenn von einer Maschine darauf zugegriffen wird, dazu führen, dass die Maschine Aufgaben ausführt, wobei abstrakte Datentypen oder hardwarenaher Zusammenhang definiert wird oder ein Ergebnis erzeugt wird.
Die in den Figuren gezeigten Techniken können unter Verwendung von Code und Daten implementiert werden, die auf einem oder mehr EDV-Geräten, wie z. B. Universalrechnern oder EDV-Geräten, gespeichert und ausgeführt werden. Solche EDV-Geräte speichern und kommunizieren (intern und mit anderen EDV-Geräten über ein Netzwerk) Code und Daten unter Verwendung maschinenlesbarer Medien, wie z. B. maschinenlesbare Speichermedien (z. B. Magnetplatten, optische Platten, Direktzugriffsspeicher, Festspeicher, Flash-Speicher-Geräte, Phasenwechselspeicher) und maschinenlesbarer Kommunikationsmedien (z. B. elektrische, optische, akustische oder andere Formen sich ausbreitender Signale – wie z. B. Trägersignale, Infrarotsignale, digitale Signale etc.).
Während der offenbarte Gegenstand unter Bezugnahme auf veranschaulichende Ausführungsformen beschrieben wurde, soll diese Beschreibung nicht einschränkend ausgelegt werden. Verschiedene Modifikationen der veranschaulichenden Ausführungsformen sowie weiterer Ausführungsformen des Gegenstands, die Fachleuten, die der offenbarte Gegenstand betrifft, offensichtlich sind, sollen als im Umfang des offenbarten Gegenstands liegend erachtet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802.11 [0024]

Claims

Verfahren, umfassend: Cachen von Daten eines ersten Geräts in eine oder mehrere einer Vielzahl von Cache-Lines eines zweiten Geräts, wobei keine mit irgendeiner der Cache-Lines verbundenen Zustandsinformation während des Cachens der Daten atomar mit den Daten in dem zweiten Gerät gespeichert werden soll.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Cachen der Daten des ersten Geräts in die eine oder mehrere Cache-Lines des zweiten Geräts umfasst: Bestimmen von Zustandsinformationen, die mit der Vielzahl von Cache-Lines verbunden sind, wenn irgendeine der Vielzahl von Cache-Lines als unbenutzt ausgezeichnet ist; wenn nicht, Entfernen zumindest einer der Vielzahl von Cache-Lines und Auszeichnen der zumindest einen entfernten Cache-Line als unbenutzt in den Zustandsinformationen; Auswählen einer oder mehr Cache-Lines, die als unbenutzt in den Zustandsinformationen ausgezeichnet ist, und Cachen der Daten des ersten Geräts in die ausgewählte eine oder mehrere Cache-Lines.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend ein Speichern von Zustandsinformationen, die mit einer oder mehreren Cache-Lines verbunden sind, in einen Speicher, wenn die Daten des ersten Geräts in die eine oder mehrere Cache-Lines des zweiten Geräts gecacht sind.
Verfahren nach Anspruch 3, weiter umfassend: Aktualisieren der gecachten Daten in der einen oder mehreren Cache-Lines mit neuen Daten, wenn die neuen Daten auf die eine oder mehrere Cache-Lines geschrieben werden sollen, und Aktualisieren der Zustandsinformationen, die mit der einen oder mehreren Cache-Lines verbunden sind, basierend auf den neuen Daten in dem Speicher.
Verfahren nach Anspruch 4, weiter umfassend: Kopieren aller Zustandsinformationen im Speicher auf das zweite Gerät, wenn einer der folgenden Befehle empfangen wird: ein Neustartbefehl, ein Befehl zur Beendigung, ein Hibernate-Befehl oder Standby-Befehl.
Verfahren nach Anspruch 4, weiter umfassend ein Zurücksetzen des zweiten Geräts, wenn ein Stromausfall oder Systemfehler aufgetreten ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das zweite Gerät eine Kopie der Zustandsinformationen umfasst, die mit der einen oder mehreren Cache-Lines in dem Speicher verbunden sind, weiter umfassend, dass die Zustandsinformationen, die mit der einen oder mehreren Cache-Lines verbunden sind, basierend auf den neuen Daten in der Kopie der Zustandsinformationen in dem zweiten Gerät in Antwort auf ein Aktualisieren der gecachten Daten aktualisiert werden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das zweite Gerät eine Kopie der Zustandsinformationen umfasst, die mit der einen oder mehreren Cache-Lines in dem Speicher verbunden sind, weiter umfassend, dass die eine oder mehrere Cache-Lines als eine ausstehende Aktualisierung der Zustandsinformationen, die mit der einen oder mehreren Cache-Lines verbunden sind, basierend auf den neuen Daten in der Kopie der Zustandsinformationen in dem zweiten Gerät in Antwort auf ein Aktualisieren der gecachten Daten ausgezeichnet werden.
Verfahren nach Anspruch 8, weiter umfassend, dass die Zustandsinformationen, die mit der einen oder mehreren ausgezeichneten Cache-Lines in der Kopie der Zustandsinformationen in dem zweiten Gerät verbunden sind, aktualisiert werden, wenn einer der folgenden Befehle empfangen wird, ein Flush-Befehl, Neustartbefehl, Befehl zur Beendigung, Hibernate-Befehl oder Standby-Befehl.
Verfahren nach Anspruch 4, weiter umfassend, dass die Zustandsinformationen, die mit der einen oder mehreren Cache-Lines in dem Speicher verbunden sind, auf das zweite Gerät kopiert werden, wenn ein Flush-Befehl empfangen wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei ein Kopieren der Zustandsinformationen, die mit der einen oder mehreren Cache-Lines in dem Speicher verbunden sind, auf das zweite Gerät umfasst, dass die Anzahl von Kopieroperationen optimiert wird.
Vorrichtung, umfassend: einen NAND-Flash-Speicher mit einem ersten logischen Segment mit einer Vielzahl von Cache-Lines und einem zweiten logischen Segment mit einer Vielzahl von Metadaten, wobei jede der Metadaten mit einer entsprechenden der Vielzahl von Cache-Lines verbunden ist, wobei das zweite logische Segment keinerlei Metadaten aufweist, und einen Controller, um Daten eines Speichergeräts in eine oder mehrere Cache-Lines zu cachen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei jede der Metadaten des zweiten logischen Segments zumindest eine von einer Sequenznummer, eine von einer logischen Blockadresse, eine von einer Zustandsinformation und Verankerungsinformationen gecachter Daten in ihrer entsprechenden verbundenen Cache-Line umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Vielzahl von Cache-Lines eine Vielzahl von freien Cache-Lines umfasst und wobei der Controller weiter: bestimmen soll, ob alle freien Cache-Lines benutzt werden; wenn ja, eine oder mehrere ausgewählte Cache-Lines entfernen soll, wobei die Auswahl auf einer Richtlinie zum Entfernen basiert; die entfernte eine oder mehrere ausgewählte Cache-Lines zu den freien Cache-Lines hinzufügen soll, und wobei der Controller zum Cachen der Daten des Speichergeräts in die eine oder mehrere Cache-Lines die Daten des Speichergeräts in die eine oder mehrere freie Cache-Lines cachen soll.
Vorrichtung nach Anspruch 12, weiter umfassend einen Speicher, um die Vielzahl von Metadaten zu speichern, und wobei der Controller weiter: die gecachten Daten der einen oder mehrerer Cache-Lines mit neuen Daten aktualisieren soll, wenn die neuen Daten auf die eine oder mehrere Cache-Lines geschrieben werden sollen, und die Metadaten, die mit der einen oder mehreren Cache-Lines verbunden sind, basierend auf neuen Daten in dem Speicher aktualisieren soll.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Controller weiter: das Speichergerät mit den neuen Daten aktualisieren soll und die Metadaten, die mit der einen oder mehreren Cache-Lines in dem NAND-Flash-Speicher verbunden sind, mit den Metadaten, die mit der einen oder mehreren Cache-Lines in dem Speicher verbunden sind, überschreiben soll, wenn die Vorrichtung rebootet, beendet oder in einen Schlafzustand versetzt werden soll.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Speicher weiter eine Cache-Tabelle speichern soll, die Linkinformationen zwischen den Daten in dem Speichergerät und der Vielzahl von Cache-Lines umfasst, und wobei der Controller weiter die Cache-Tabelle in dem Speicher in den NAND-Flash-Speicher kopieren soll, wenn die Vorrichtung rebootet, geflusht, beendet oder in einen Schlafzustand versetzt werden soll.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Controller die Metadaten, die mit der einen oder mehreren Cache-Lines verbunden sind, basierend auf den neuen Daten in dem NAND-Flash-Speicher aktualisieren soll, wenn die neuen Daten auf die eine oder mehrere Cache-Lines als Antwort auf ein Aktualisieren der gecachten Daten geschrieben werden sollen.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Controller weiter die eine oder mehrere Cache-Lines zu einer Liste hinzufügen soll, und wobei die Liste anzeigen soll, dass die Metadaten, die mit der einen oder mehreren Cache-Lines in dem NAND-Flash-Speicher verbunden sind, ausstehen, um mit den Metadaten, die mit der einen oder mehreren Cache-Lines in dem Speicher verbunden sind, aktualisiert zu werden.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei der Controller weiter die Metadaten, die mit der einen oder mehreren Cache-Lines in dem NAND-Flash-Speicher verbunden sind, mit den Metadaten, die mit der einen oder mehreren Cache-Lines in dem Speicher verbunden sind, aktualisieren soll, wenn die Vorrichtung ausgeschaltet oder rebootet werden soll oder wenn der NAND-Flash-Speicher geflusht werden soll.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Controller weiter die Metadaten in dem nicht flüchtigen Medium mit den Metadaten in dem Speicher überschreiben soll, wenn ein von einem auf dem System ablaufenden Betriebssystem (operating system, OS) ausgegebener Flush-Befehl empfangen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei der Controller weiter die Metadaten in dem Speicher mit den Metadaten in dem NAND-Flash-Speicher erneut speichern soll, wenn die Vorrichtung hochgefahren oder neu gestartet werden soll.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Controller weiter die Cache-Tabelle von dem NAND-Flash-Speicher in den Speicher kopieren soll, wenn die Vorrichtung hochgefahren oder neu gestartet werden soll.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei das Speichergerät entweder eine Festplatte, ein Bandlaufwerk, eine Compact-Disk, eine Zip-Disk, ein Flash-Speicher oder ein Festkörperlaufwerk ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Controller ein Blockspeichertreiber ist.
Computerlesbares Speichermedium mit darauf gespeicherten Befehlen, die, wenn sie ausgeführt werden, dafür sorgen, dass ein Prozessor das folgende Verfahren durchführt: Write-back- oder Write-through-Caching von Daten eines Speichergeräts in eine oder mehrere einer Vielzahl von Cache-Lines einer Caching-Einheit, wobei keine Metadaten, die mit irgendeiner der Cache-Lines verbunden sind, atomar in die Caching-Einheit geschrieben werden sollen, wenn die Daten gecacht werden.
Medium nach Anspruch 26, wobei ein Write-back- oder Write-through-Caching der Daten des Speichergeräts in die eine oder mehrere Cache-Lines der Caching-Einheit umfasst: Bestimmen, ob irgendeine der Vielzahl von Cache-Lines als unbenutzt ausgezeichnet ist; wenn nicht, Entfernen zumindest einer der Vielzahl von Cache-Lines und Auszeichnen der zumindest einen entfernten Cache-Line als unbenutzt; Auswählen einer oder mehrerer Cache-Lines, die als unbenutzt ausgezeichnet sind, und Cachen der Daten des Speichergeräts in die ausgewählte eine oder mehrere Cache-Lines.
Medium nach Anspruch 26, wobei ein Write-through-Caching der Daten umfasst: Bestimmen, dass die eine oder mehrere Cache-Lines der Caching-Einheit mit neuen Daten aktualisiert werden soll; Aktualisieren der einen oder mehreren bestimmten Cache-Lines mit den neuen Daten; Aktualisieren von Metadaten, die mit der einen oder mehreren bestimmten Cache-Lines verbunden sind, basierend zumindest auf den neuen Daten in einem Speicher, und Aktualisieren des Speichergeräts mit den neuen Daten.
Medium nach Anspruch 26, wobei ein Write-back-Caching der Daten umfasst: Bestimmen, dass die eine oder mehrere Cache-Lines der Caching-Einheit mit neuen Daten aktualisiert werden soll; Aktualisieren von Metadaten, die mit der einen oder mehreren bestimmten Cache-Lines verbunden sind, basierend zumindest auf den neuen Daten in einem Speicher; Aktualisieren der einen oder von mehreren bestimmten Cache-Lines mit den neuen Daten und Markieren der einen oder von mehreren bestimmten Cache-Lines, wobei das Markieren anzeigen soll, dass Metadaten, die mit der einen oder mehreren bestimmten Cache-Lines in der Caching-Einheit verbunden sind, mit den Metadaten, die mit der einen oder mehreren bestimmten Cache-Lines in dem Speicher verbunden sind, aktualisiert werden sollen.
Medium nach Anspruch 26, wobei ein Write-back-Caching der Daten werter umfasst: Aktualisieren der Metadaten, die mit der einen oder mehreren bestimmten Cache-Lines in der Caching-Einheit verbunden sind, mit den Metadaten, die mit der einen oder mehreren bestimmten Cache-Lines in dem Speicher verbunden sind, wenn ein Befehl zum Herunterfahren, Rebnooten oder Flushen empfangen wird.
System, umfassend: einen NAND-Flash-Speicher mit einem ersten logischen Segment mit einer Vielzahl von Cache-Lines und einem zweiten logischen Segment mit einer Vielzahl von Metadaten, wobei jede der Metadaten mit einer entsprechenden der Vielzahl von Cache-Lines verbunden ist, wobei das zweite logische Segment keinerlei Metadaten aufweist, und einen Memory-Controller zum Write-back oder Write-through von Cache-Daten eines Speichermediums in eine oder mehrere Cache-Lines des ersten logischen Segments des NAND-Flash-Speichers, wobei keine Metadaten atomar in das erste logische Segment geschrieben werden sollen, wenn die Daten gecacht werden.
System nach Anspruch 31, wobei jede der Metadaten des zweiten logischen Segments zumindest eine von einer Sequenznummer, eine von einer logischen Blockadresse, eine von einer Zustandsinformation und Verankerungsinformationen gecachter Daten in ihrer entsprechenden verbundenen Cache-Line umfasst.