缓存管理装置中基于训练机制的用户习惯获取方法及装置

摘要

本发明公开了缓存管理装置中基于训练机制的用户习惯获取方法，包括以下步骤：S1、获取用户操作固态硬盘的操作记录，并根据操作记录得到用户的操作习惯；S2、判断所述操作习惯是否为新操作习惯，若是，则用新操作习惯替换旧操作习惯，若不是，则继续使用旧操作习惯；S3、根据操作习惯预测用户即将访问的数据页地址；S4、将数据页地址缓存到缓存管理装置中。相应地，本发明还公开了缓存管理装置中基于训练机制的用户习惯获取装置。本发明通过用户在新习惯下反复操作固态硬盘的行为中得到训练，为新习惯下用户即将进行的操作作出预测，从而引导固态硬盘的缓存管理装置将即将访问的数据页地址提前缓冲到缓存当中，极大地提高了缓存访问命中率。

说明书

技术领域

本发明涉及固态硬盘管理方法及装置，尤其涉及缓存管理装置中 基于训练机制的用户习惯获取方法及装置。

背景技术

云计算环境下，为了应对海量数据与用户请求带来的挑战，解决 传统数据库面临的大规模数据访问瓶颈，分布式缓存技术被引入，为 用户提供高性能、高可用、可伸缩的数据缓存服务。企业使用高速内 存作为数据对象的存储介质，数据以key/value形式存储。

固态硬盘(SolidStateDrive，SSD)是用固态电子存储芯片阵列而 制成的硬盘，由控制单元和存储单元(包括FLASH芯片和DRAM芯 片)组成。固态硬盘在接口的规范和定义、功能及使用方法上与普通 硬盘完全相同，在产品外形和尺寸上也完全与普通硬盘一致。固态硬 盘具有传统机械硬盘不具备的快速读写、质量轻、能耗低以及体积小 等特点。但其价格仍较为昂贵，容量较低，一旦硬件损坏，数据较难 恢复，并且固态硬盘的耐用性(寿命)相对较短。

由于固态硬盘闪存的擦写次数有限，34nm的MLC闪存芯片寿 命约是5000次P/E，而25nm的寿命约是3000次P/E。SSD固件算 法的优化指标之一是提供更少的不必要写入量。

缓存的性能还体现在替换算法效率上，优化替换算法的目的是提 高缓存的命中率和比特命中率。影响算法效率的因素有缓存大小、缓 存数据大小、缓存数据不命中开销、时间局部性以及长尾效应等。目 前商业系统通常使用FIFO替换策略来对SSD缓存服务器中的内容 进行更新，然而，通过对缓存内容的访问情况进行分析发现FIFO策 略会降低访问命中率，导致缓存服务器需要更多的请求后台数据中心 存储，加大带宽需求，增大了后台数据中心的I/O压力。采用LRU 等结合更多优化因素的替换策略能够有效的提高缓存命中率以及比 特命中率。

但是，SSD天生的缺陷——写放大，决定了FIFO替换策略能够 将写放大降到最低，其它的替换策略例如LRU、LFU都会造成严重 的写放大，缩短了SSD的使用寿命。企业从成本上考虑，FIFO能延 长SSD的使用寿命，减少SSD的购买，尽管FIFO会使命中率降低， 现有的缓存系统依然使用FIFO替换策略。

发明内容

固态硬盘缓存管理装置中通过对用户长期使用固态硬盘的习惯 进行捕获和分析能够预测出当前用户操作完成后即将发生的操作，从 而引导固态硬盘的缓存管理装置将即将命中的缓存数据提前缓冲到 缓存当中，有助于提高缓存访问命中率。在此种情况下，能够对用户 使用固态硬盘的习惯进行感知、获取，尤其是当用户使用固态硬盘的 习惯发生改变时，能够感知到用户习惯的改变，直到适应用户的新习 惯，为新习惯下用户即将进行的操作作出预测就变得非常重要。

为了解决上述技术问题，本发明提供了缓存管理装置中基于训练 机制的用户习惯获取方法，包括以下步骤：

S1、获取用户操作固态硬盘的操作记录，并根据所述操作记录得 到用户的操作习惯；

S2、判断所述操作习惯是否为新操作习惯，若是，则用新操作习 惯替换旧操作习惯，若不是，则继续使用旧操作习惯；

S3、根据所述操作习惯预测用户即将访问的数据页地址；

S4、将所述数据页地址缓存到缓存管理装置中。

具体地，所述步骤S3具体为：

根据当前用户访问的数据页地址的顺序提供最优、次优和最差的 优先级推荐，预测用户即将访问的数据页地址。

进一步地，所述步骤S4包括如下步骤：

S41、将按照优先级推荐的数据页地址缓存到缓存管理装置中；

S42、将按照优先级推荐的即将访问的数据页地址与用户真正访 问的数据页地址进行比对，得到命中次数，并根据所述命中次数，

将命中次数最高对应的页地址标记为最优推荐的下一个即将访 问的数据页地址，

将命中次数次高对应的页地址标记为次优推荐的下一个即将访 问的数据页地址，

将命中次数最差对应的页地址标记为最差推荐的下一个即将访 问的数据页地址；

S43、按照命中次数，重新调整最优、次优和最差的优先级推荐， 并再次执行步骤S3。

具体地，所述步骤S42具体包括：

S421、将最优推荐的即将访问的数据页地址与用户真正访问的数 据页地址进行比对，

若比对结果一致，则最优推荐的命中次数加一，

若比对结果不一致，则进入下一步骤；

S422、将次优推荐的即将访问的数据页地址与用户真正访问的数 据页地址进行比对，

若比对结果一致，则次优推荐的命中次数加一，

若比对结果不一致，则进入下一步骤；

S423、将最差推荐的即将访问的数据页地址与用户真正访问的数 据页地址进行比对，

若比对结果一致，则最差推荐的命中次数加一。

进一步地，所述步骤S2中判断所述操作习惯是否为新操作习惯， 包括如下步骤：

将按照最优、次优和最差的优先级推荐的命中次数进行比较，其 中，最优的命中次数标记为a，次优的命中次数标记为b，最差的命 中次数标记为c，

若a≤b或a≤c，则判断用户的操作习惯改变，当前操作习惯为 新操作习惯；

若a>b>c，则判断用户操作习惯不变。

相应地，本发明还提供了一种缓存管理装置中基于训练机制的用 户习惯获取装置，包括：

获取模块，用于获取用户操作固态硬盘的操作记录，并根据所述 操作记录得到用户的操作习惯；

判断模块，用于判断所述操作习惯是否为新操作习惯，若是，则 用新操作习惯替换旧操作习惯，若不是，则继续使用旧操作习惯；

预测模块，用于根据所述操作习惯预测用户即将访问的数据页地 址；

缓存模块，用于将所述数据页地址缓存到缓存管理装置中。

进一步地，所述预测模块，具体用于根据当前用户访问的数据页 地址的顺序提供最优、次优和最差的优先级推荐，预测用户即将访问 的数据页地址。

进一步地，所述缓存模块具体用于：

将按照优先级推荐的数据页地址缓存到缓存管理装置中；

将按照优先级推荐的即将访问的数据页地址与用户真正访问的 数据页地址进行比对，得到命中次数，并根据所述命中次数，

将命中次数最高对应的页地址标记为最优推荐的下一个即将访 问的数据页地址，

将命中次数次高对应的页地址标记为次优推荐的下一个即将访 问的数据页地址，

将命中次数最差对应的页地址标记为最差推荐的下一个即将访 问的数据页地址；

按照命中次数，重新调整最优、次优和最差的优先级推荐。

进一步地，所述缓存模块还包括比对模块，所述比对模块具体用 于：

将最优推荐的即将访问的数据页地址与用户真正访问的数据页 地址进行比对，

若比对结果一致，则最优推荐的命中次数加一，

若比对结果不一致，则将次优推荐的即将访问的数据页地址与用 户真正访问的数据页地址进行比对，

若比对结果一致，则次优推荐的命中次数加一，

若比对结果不一致，则将最差推荐的即将访问的数据页地址与用 户真正访问的数据页地址进行比对，

若比对结果一致，则最差推荐的命中次数加一。

进一步地，所述判断模块还包括比较模块：

所述比较模块用于将按照最优、次优和最差的优先级推荐的命中 次数进行比较，其中，最优的命中次数标记为a，次优的命中次数标 记为b，最差的命中次数标记为c，

若a≤b或a≤c，则判断模块用于判断用户的操作习惯改变，当 前操作习惯为新操作习惯；

若a>b>c，则判断模块用于判断用户操作习惯不变。

本发明的缓存管理装置中基于训练机制的用户习惯获取方法及 装置，具有如下有益效果：

1、本发明方法根据命中次数随时修改优先级推荐下一个即将访 问的数据页地址，该随时记录随时修改的过程可以视为是针对用户反 复操作固态硬盘的行为中对推荐进入缓存页地址行为的训练，用户习 惯越稳定，则推荐进入缓存页地址行为就越准确。

2、本发明装置能够感知到用户习惯的改变，且能够通过用户在 新习惯下反复操作固态硬盘的行为中得到训练，直到适应用户的新习 惯，为新习惯下用户即将进行的操作作出预测，从而引导固态硬盘的 缓存管理装置将即将访问的数据页地址提前缓冲到缓存当中，极大地 提高了缓存访问命中率。

3、本发明方法和装置实现了缓存替换算法根据用户习惯的改变 自动更新进化的功能，由于本发明能够按照用户的新习惯调整策略， 保证用户在形成新习惯时自动获得最佳的访问速度体验而不用人为 调整。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面 将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而 易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域 普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些 附图获得其它附图。

图1是本发明缓存管理装置中基于训练机制的用户习惯获取方 法的流程图；

图2是本发明实施例中的缓存管理装置中基于训练机制的用户 习惯获取系统框图；

图3是本发明缓存管理装置中基于训练机制的用户习惯获取装 置的结构框图。

图中：1-用户真正访问的数据页地址，2-命中地址比较器，3-命 中次数计数器，4-页地址流记录器，5-最高优先级推荐的下一个进入 缓存的段地址寄存器，6-次优优先级推荐的下一个进入缓存的段地址 寄存器，7-最差优先级推荐的下一个进入缓存的段地址寄存器，8-最 高优先级对应的命中次数寄存器，9-次优优先级对应的命中次数寄存 器，10-最差优先级对应的命中次数寄存器，11-命中次数排序产生器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方 案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部 分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普 通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施 例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了缓存管理装置中基于训练机制的用户习惯获取方 法，包括以下步骤：

S1、获取用户操作固态硬盘的操作记录，并根据所述操作记录得 到用户的操作习惯；

S2、判断所述操作习惯是否为新操作习惯，若是，则用新操作习 惯替换旧操作习惯，若不是，则继续使用旧操作习惯。

S3、根据所述操作习惯预测用户即将访问的数据页地址；

S4、将所述数据页地址缓存到缓存管理装置中。

具体地，所述步骤S3具体为：

根据当前用户访问的数据页地址的顺序提供最优、次优和最差的 优先级推荐，预测用户即将访问的数据页地址。

其中，所述步骤S4包括如下步骤：

S41、将按照优先级推荐的数据页地址缓存到缓存管理装置中；

S42、将按照优先级推荐的即将访问的数据页地址与用户真正访 问的数据页地址进行比对，得到命中次数，并根据所述命中次数，

将命中次数最高对应的页地址标记为最优推荐的下一个即将访 问的数据页地址，

将命中次数次高对应的页地址标记为次优推荐的下一个即将访 问的数据页地址，

将命中次数最差对应的页地址标记为最差推荐的下一个即将访 问的数据页地址；

S43、按照命中次数，重新调整最优、次优和最差的优先级推荐， 并再次执行步骤S3。

其中，所述步骤S42具体包括：

S421、将最优推荐的即将访问的数据页地址与用户真正访问的数 据页地址进行比对，

若比对结果一致，则最优推荐的命中次数加一，

若比对结果不一致，则进入下一步骤；

S422、将次优推荐的即将访问的数据页地址与用户真正访问的数 据页地址进行比对，

若比对结果一致，则次优推荐的命中次数加一，

若比对结果不一致，则进入下一步骤；

S423、将最差推荐的即将访问的数据页地址与用户真正访问的数 据页地址进行比对，

若比对结果一致，则最差推荐的命中次数加一。

其中，所述步骤S2中判断所述操作习惯是否为新操作习惯，包 括如下步骤：

将按照最优、次优和最差的优先级推荐的命中次数进行比较，其 中，最优的命中次数标记为a，次优的命中次数标记为b，最差的命 中次数标记为c，

若a≤b或a≤c，则判断用户的操作习惯改变，当前操作习惯为 新操作习惯；

若a>b>c，则判断用户操作习惯不变。

相应地，本发明还提供了一种缓存管理装置中基于训练机制的用 户习惯获取装置，包括：

获取模块，用于获取用户操作固态硬盘的操作记录，并根据所述 操作记录得到用户的操作习惯；

判断模块，用于判断所述操作习惯是否为新操作习惯，若是，则 用新操作习惯替换旧操作习惯，若不是，则继续使用旧操作习惯；

预测模块，用于根据所述操作习惯预测用户即将访问的数据页地 址；

缓存模块，用于将所述数据页地址缓存到缓存管理装置中。

其中，所述预测模块，具体用于根据当前用户访问的数据页地址 的顺序提供最优、次优和最差的优先级推荐，预测用户即将访问的数 据页地址。

其中，所述缓存模块具体用于：

将按照优先级推荐的数据页地址缓存到缓存管理装置中；

将按照优先级推荐的即将访问的数据页地址与用户真正访问的 数据页地址进行比对，得到命中次数，并根据所述命中次数，

将命中次数最高对应的页地址标记为最优推荐的下一个即将访 问的数据页地址，

将命中次数次高对应的页地址标记为次优推荐的下一个即将访 问的数据页地址，

将命中次数最差对应的页地址标记为最差推荐的下一个即将访 问的数据页地址；

按照命中次数，重新调整最优、次优和最差的优先级推荐。

其中，所述缓存模块还包括比对模块，所述比对模块具体用于：

将最优推荐的即将访问的数据页地址与用户真正访问的数据页 地址进行比对，

若比对结果一致，则最优推荐的命中次数加一，

若比对结果不一致，则将次优推荐的即将访问的数据页地址与用 户真正访问的数据页地址进行比对，

若比对结果一致，则次优推荐的命中次数加一，

若比对结果不一致，则将最差推荐的即将访问的数据页地址与用 户真正访问的数据页地址进行比对，

若比对结果一致，则最差推荐的命中次数加一。

其中，所述判断模块还包括比较模块：

所述比较模块用于将按照最优、次优和最差的优先级推荐的命中 次数进行比较，其中，最优的命中次数标记为a，次优的命中次数标 记为b，最差的命中次数标记为c，

若a≤b或a≤c，则判断模块用于判断用户的操作习惯改变，当 前操作习惯为新操作习惯；

若a>b>c，则判断模块用于判断用户操作习惯不变。

更为具体地，当要执行缓存页地址替换时，用户习惯获取装置将 最高优先级推荐的下一个即将访问的数据页地址替换入缓存，其中所 述下一个即将访问的数据页地址存放在段地址寄存器内，缓存后，将 用户真正访问的数据页地址与最高优先级推荐的下一个进入缓存的 段地址寄存器5相比对，即在命中地址比较器2中进行比对，如果比 对一致则产生一个脉冲给是命中次数计数器3，在最高优先级对应的 命中次数寄存器8产生一次加1计数；若不一致，则与次优优先级推 荐的下一个进入缓存的段地址寄存器6相比对，即在命中地址比较器 2中进行比对，如果比对一致则产生一个脉冲给是命中次数计数器3， 在次优优先级对应的命中次数寄存器9产生一次加1计数；若不一致， 则与最差优先级推荐的下一个进入缓存的段地址寄存器7相比对，即 在命中地址比较器2中进行比对，如果比对一致则产生一个脉冲给是 命中次数计数器3，在最差优先级对应的命中次数寄存器10产生一 次加1计数，这三次比对结束后，命中次数排序产生器11对最高优 先级对应的命中次数寄存器8，次优优先级对应的命中次数寄存器9， 最差优先级对应的命中次数寄存器10，按照命中次数多少重新调整 最高优先级推荐的下一个进入缓存的段地址寄存器5，次优先级推荐 的下一个进入缓存的段地址寄存器6，最差优先级推荐的下一个进入 缓存的段地址寄存器7的顺序，运行时将进入缓冲存储器的情况按照 先后顺序依次存放到页地址流记录器4中。这样一来，总能保证命中 次数最多的优先推荐，达到通过用户在新习惯下反复操作固态硬盘的 行为中得到训练，直到适应用户的新习惯，为新习惯下用户即将进行 的操作作出预测，从而引导固态硬盘的缓存管理装置将即将命中的缓 存数据提前缓冲到缓存当中，提高缓存访问命中率。

本发明的缓存管理装置中基于训练机制的用户习惯获取方法及 装置，具有如下有益效果：

1、本发明方法根据命中次数随时修改优先级推荐下一个即将访 问的数据页地址，该随时记录随时修改的过程可以视为是针对用户反 复操作固态硬盘的行为中对推荐进入缓存页地址行为的训练，用户习 惯越稳定，则推荐进入缓存页地址行为就越准确。

2、本发明装置能够感知到用户习惯的改变，且能够通过用户在 新习惯下反复操作固态硬盘的行为中得到训练，直到适应用户的新习 惯，为新习惯下用户即将进行的操作作出预测，从而引导固态硬盘的 缓存管理装置将即将访问的数据页地址提前缓冲到缓存当中，极大地 提高了缓存访问命中率。

3、本发明方法和装置实现了缓存替换算法根据用户习惯的改变 自动更新进化的功能，由于本发明能够按照用户的新习惯调整策略， 保证用户在形成新习惯时自动获得最佳的访问速度体验而不用人为 调整。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域 的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若 干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。