CN101251787B - 用于处理读取和写入请求的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
提供了用于处理读取和写入请求的方法和系统。第一存储设备和第二存储设备的区域被指定为区域内读取请求操作和写入请求操作的主要区域和辅助区域。对至少一个写入请求操作进行处理。在判断已经到达写入阈值时，在指定第一存储设备和第二存储设备的区域之间切换。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及镜像独立磁盘冗余阵列(RAID)随机存取性能增强。
背景技术
计算系统常常包括用于进行数据处理并运行应用程序的一个或多个主机计算机(“主机”)，用于存储数据的存储器，以及用于控制主机和存储器之间的数据传输的存储器控制器。存储器可以包括镜像独立磁盘冗余阵列(RAID)存储设备。存储器控制器，也被称为控制单元或存储导向器，管理对镜像RAID存储设备的访问，镜像RAID存储设备包括很多保留了数据的冗余副本(即，“镜像”数据)的硬盘驱动器(HDD)。存储器控制器可以被描述为用于管理对硬盘驱动器的读取和写入请求操作访问的机构，硬盘驱动器可以被描述为存储设备。主机可以通过存储器控制器向存储空间传递输入/输出(I/O)请求。
传统技术向两个镜像RAID存储设备中的每一个发送读取和写入请求操作。这是无效率的。
如此，需要通过管理读取和写入请求操作来改善镜像的RAID随机存取性能。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种计算机实现的用于处理读取和写入请求操作的方法，包括：
将第一存储设备的第一区域指定为针对第一逻辑块地址集合内的读取请求和写入请求的主要区域，并将第一存储设备的第二区域指定为读取请求和写入请求的辅助区域；
将第二存储设备的第二区域指定为针对第二逻辑块地址集合内的读取请求和写入请求的主要区域，并将第二存储设备的第一区域指定为读取请求和写入请求的辅助区域，其中第一存储设备和第二存储设备保留了数据的冗余副本；
接收写入请求操作；
判断是否到达写入阈值；
如果判断还未到达写入阈值，则
当判断出该写入请求操作处于第一逻辑块地址集合内时，将该写入请求发给第一存储设备的主要区域；而
当判断出该写入请求操作处于第二逻辑块地址集合内时，将该写入请求存储到针对第二存储设备的主要区域的当前批次写入请求中；以及
如果判断已经到达写入阈值，则按优化存储设备读/写磁头的运动的顺序对写入请求进行排序，并启动向第二存储设备的指定的辅助区域的按序的写入请求操作，同时使当前的辅助区域成为读取和写入请求操作的新的主要区域，使当前的主要区域成为读取和写入请求操作的新的辅助区域，并复位写入阈值。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于处理读取和写入请求操作的系统，包括：
用于将第一存储设备的第一区域指定为针对第一逻辑块地址集合内的读取请求和写入请求的主要区域，并将第一存储设备的第二区域指定为读取请求和写入请求的辅助区域的装置；
用于将第二存储设备的第二区域指定为针对第二逻辑块地址集合内的读取请求和写入请求的主要区域，并将第二存储设备的第一区域指定为读取请求和写入请求的辅助区域的装置，其中第一存储设备和第二存储设备保留了数据的冗余副本；
用于接收写入请求操作的装置；
用于判断是否到达写入阈值的装置；
如果判断还未到达写入阈值，则
当判断出该写入请求操作处于第一逻辑块地址集合内时，将该写入请求发给第一存储设备的主要区域；而
当判断出该写入请求操作处于第二逻辑块地址集合内，将该写入请求存储到针对第二存储设备的主要区域的当前批次写入请求中的装置；以及
如果判断已经到达写入阈值，则按优化存储设备读/写磁头的运动的顺序对写入请求进行排序，并启动向第二存储设备的指定的辅助区域的按序的写入请求操作，同时使当前的辅助区域成为读取和写入请求操作的新的主要区域，使当前的主要区域成为读取和写入请求操作的新的辅助区域，并复位写入阈值的装置。
附图说明
现在请参看附图，其中，类似的附图标记代表对应的部分：
图1显示了根据某些实施例的计算系统的细节。
图2显示了在根据某些实施例的RAID阵列配置中配置的存储设备的镜像对的数据布局。
图3A和3B显示了由根据某些实施例的性能管理器执行的逻辑。
图4显示了可以根据某些实施例使用的系统体系结构。
具体实施方式
在下面的描述中，将参考附图，附图构成了本发明的一部分，并显示了本发明的多个实施例。应该理解，在不偏离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性的和操作更改。
实施例提供了镜像存储设备的读取和写入优化，以便将镜像存储设备的总体性能被管理为最佳。
图1显示了根据某些实施例的计算系统的细节。存储控制单元120包括性能管理器130和一个或多个操作结构140。存储控制单元120耦合到存储器170。存储器170包括诸如镜像RAID存储设备之类的镜像存储设备180。存储器170可以包括存储设备阵列， 如直接访问存储设备(DASD)、简单磁盘捆绑(JBOD)、独立磁盘冗余阵列(RAID)、虚拟化存储设备等等。
图2显示了在根据某些实施例的RAID阵列配置中配置的存储设备的镜像对的数据布局。该数据布局是用线性地彼此映射的RAID阵列配置的逻辑块地址(LBA)方案和物理存储设备210和250配置的。逻辑块寻址可以被描述为允许计算机对硬盘进行寻址的寻址方案。例如，逻辑块地址可以是映射到硬盘上的特定柱面头扇区地址的28比特值。RAID阵列逻辑和存储设备物理LBA两者都从逻辑和物理存储设备的范围的顶部到底部线性地映射。
使用图2作为参考，下面的示例提供了本发明的实施例的说明。RAID阵列配置200包括镜像存储设备210和镜像存储设备250。在此示例中，镜像存储设备210是硬盘驱动器(HDD0)，而镜像存储设备250也是硬盘驱动器(HDD1)。HDD0和HDD1各自都被分成两个LBA区域(LBA区域0和LBA区域1)。HDD0和HDD1各自都具有响应读取和写入请求操作移到特定LBA的读/写磁头。
对每一个存储设备210、250的读取请求操作只限于垂直区域，以便读/写磁头的移动只限于单个区域。例如，向HDD0发出LBA区域0的读取请求操作，而向HDD1发送LBA区域1的读取请求操作。术语“垂直”用来描述区域相互之间是独立的(即，可以使用一个区域，而不考虑其使用将如何影响其他区域)。通过管理存储设备读/写磁头移动，每一个读取请求操作的寻道时间被约束到一个有限值，该值小于对于读取请求操作在每一个存储设备上提升了无差别的读/写磁头移动的情况。
实施例链接了读取请求操作和写入请求操作的控制和管理，以最小化存储设备读/写磁头的整个移动。实施例通过限制向主存储设备上的主要LBA区域发送的读取和写入请求操作，并批处理到辅助存储设备上的辅助LBA区域的写入请求操作到一个写入阈值，来控制到存储设备的某一个区域的存储设备读/写磁头移动，从而取得平衡。一 旦到达写入阈值，就对写入请求操作进行排序，并按优化存储设备读/写磁头的运动的顺序向存储设备发送这些操作。与启动到存储设备的辅助LBA区域的写入请求操作的同时，使辅助区域成为读取请求操作的存储设备的主要LBA区域。写入阈值可以描述为未完成的写入操作的挂起数量(例如，RAID阵列的总计、存储设备的总计，某些其他组合的总计)或写入操作延迟计时器到期。
图3A和3B显示了由根据本发明的某些实施例的性能管理器130执行的逻辑。控制从方框300开始，性能管理器130将区域指定为第一和第二存储设备的读取和写入请求操作的主要和辅助区域。每一个存储设备都具有第一区域和第二区域。作为示例，第一存储设备的第一区域可以是某些读取和写入请求操作(例如，从0-(N/2-1))的LBA的那些读取和写入请求操作)的主要区域，而第二存储设备的第二区域可以是某些其他读取和写入请求操作(例如，从N/2-N的LBA那些读取和写入请求操作)的主要区域。
在方框302中，性能管理器130接收存储操作。在方框304中，性能管理器130判断存储操作是否是读取请求操作。如果是，则继续执行方框306，否则，继续执行方框312。在方框306中，性能管理器130判断读取请求操作是否是针对第一区域(例如，LBA区域0)的。如果是，则继续执行方框308，否则，继续执行方框310。在方框308中，性能管理器130向第一存储设备的指定的主要区域发出读取请求操作，处理返回到方框302。在某些实施例中，发出读取请求操作或写入请求操作的过程包括在操作结构140中存储该操作。在方框310中，性能管理器130向第二存储设备的指定的主要区域发出读取请求操作，处理返回到方框302。
在方框312中，性能管理器130判断存储操作是否是写入请求操作。如果是，则继续执行方框314(图3B)，否则，继续执行方框326。在方框326中，性能管理器130执行其他处理。处理从方框326返回到方框302。
在方框314中，性能管理器130判断是否已经到达写入阈值。 如果是，则继续执行方框322，否则，继续执行方框316。
在方框316中，性能管理器130判断写入请求操作是否是针对第一区域(例如，LBA区域0)的。如果是，则继续执行方框318，否则，继续执行方框320。在方框318中，性能管理器130向第一存储设备的指定的主要区域发出写入请求操作，处理返回到方框302(图3A)。在某些实施例中，写入请求操作与读取请求操作一起发给第一区域。在方框320中，性能管理器130将写入请求操作存储在当前写入请求操作的批中，处理返回到方框302(图3A)，其中当前写入请求是发给第二区域的(例如，LBA区域1)。
在方框322中，由于已经到达写入阈值，性能管理器130按优化设备读/写磁头的运动的顺序(例如，按按先后顺序放置连续LBA的写入请求操作)对批处理的写入请求操作进行排序。
在方框324中，性能管理器130启动向第二存储设备的指定的辅助区域的按序的写入请求操作，并同时使当前辅助区域成为读取和写入请求操作的新主要区域，使当前主要区域成为读取和写入请求操作的新辅助区域，并复位写入阈值。例如，如果HDD0最初是主存储设备，主要LBA区域是LBA区域0，HDD1最初是辅助存储设备，主要LBA区域是LBA区域1，那么，在到达写入阈值时，HDD0是主存储设备，主要LBA区域是LBA区域1，HDD0是辅助存储设备，主要LBA区域是LBA区域0。每一个存储设备都将具有用于判断I/O请求操作的分配的“主要”和“辅助”LBA区域。处理从方框324返回到方框302(图3A)。
仅仅为加强对实施例的理解，将参考图2提供示例。在时间T0，HDD0LBA区域0是用于读取从0到(N/2-1)的RAID阵列LBA的主要区域，而HDD1LBA区域1是用于读取从N/2到N的RAID阵列LBA的主要区域。
由性能管理器130按如下方式对指向RAID阵列的写入请求操作进行管理：到RAID阵列LBA 0到N/2-1的写入请求操作发送到HDD0，与操作队列之外的读取请求操作交错，而到RAID阵 列LBA N/2到N的写入请求操作发送到HDD1，与队列之外的读取请求操作交错。指向阵列LBA 0到N/2-1的到RAID阵列的写入请求操作被挂在到HDD1的队列中(例如，置于写入操作队列中)，指向阵列LBA N/2到N的到RAID阵列的写入请求操作被挂在到HDD0的队列中，直到到达写入阈值。
一旦到达写入阈值，就启动转换。转换涉及下面的内容：在时间T1，HDD0LBA区域1变成用于读取从N/2到N的RAID阵列LBA的主要区域，而HDD1 LBA区域0变成用于读取从0到N/2-1的RAID阵列LBA的主要区域。性能管理器130按如下方式管理指向RAID阵列的写入请求操作：到RAID阵列LBA 0到N/2-1的写入请求操作发送到HDD1，与操作结构140之外的读取请求操作交错，而到RAID阵列LBA N/2到N的写入请求操作发送到HDD0，与操作结构140之外的读取请求操作交错。指向阵列LBA 0到N/2-1的到RAID阵列的写入请求操作被挂在到HDD0的队列中，指向阵列LBA N/2到N的到RAID阵列的写入请求操作被挂在到HDD1的队列中，直到再次到达写入阈值。在时间T1，也复位写入阈值。
在某些实施例中，提供了与写入请求操作管理和写入的脉冲串一起，控制物理存储设备磁头移动寻道延迟的基于阵列/存储设备LBA的、对特定存储设备的读取请求的镜像RAID实现方式管理。在某些实施例中，与控制物理存储设备磁头移动和寻道延迟的读取优化一起，对操作结构140和写入的脉冲串进行管理。
其他实施例细节
所描述的操作可以通过使用标准的编程和/或工程技术，作为方法、计算机程序产品或设备来实现，以产生软件、固件、硬件或其任何组合。
每一个实施例都可以呈现完全是硬件、完全是软件或包含硬件和软件元件两者的实施方式的形式。实施例可以以软件实现，包括但不仅限于固件、常驻软件、微代码等等。
此外，实施例可以呈现计算机程序产品的形式，该产品可以从计算机可使用的或计算机可读取的介质进行访问，介质提供了程序代码，供计算机或任何指令执行系统使用或与它们一起使用。对于此说明书，计算机可使用的或计算机可读取的介质可以是可以包含、存储、传递、传播或传输供指令执行系统、设备或存储设备一起使用或与它们一起使用的程序的任何设备。
所描述的操作可以作为在计算机可使用的或计算机可读取的介质中维护的代码来实现，其中，处理器可以从计算机可读取的介质中读取和执行代码。介质可以是电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外线的或半导体系统(或设备或存储设备)或传播介质。计算机可读取的介质的示例包括半导体或固态存储器，磁带，可移动计算机磁盘，硬磁盘、光盘、磁存储介质(例如，硬盘驱动器、软盘、磁带等等)、易失性和非易失性存储器存储设备(例如，随机存取存储器(RAM)、DRAM、SRAM、只读存储器(ROM)、PROM、EEPROM、快闪存储器、固件、可编程逻辑等等)。光盘的当前示例包括光盘-只读存储器(CD-ROM)，光盘读取/写入(CD-R/W)，以及DVD。
实现所描述的操作的代码可以进一步以硬件逻辑(例如，集成电路芯片、可编程门阵列(PGA)、专用集成电路(ASIC)等等)来实现。更进一步，实现所描述的操作的代码可以以“传输信号”来实现，其中，传输信号可以通过空中或通过诸如光导纤维、铜线等等之类的传输介质进行传播。其中编码了代码或逻辑的传输信号可以进一步包括无线电信号、卫星传输、无线电波、红外信号，蓝牙等等。其中编码了代码或逻辑的传输信号能够通过发射台发射，并由接收台接收，其中，可以对传输信号中编码的代码或逻辑进行解码，并存储在接收和发射台或存储设备中的硬件或计算机可读取的介质中。
计算机程序产品可以包括计算机可使用的或计算机可读取的介质、硬件逻辑，和/或其中可以实现代码的传输信号。当然，那些精通相关技术的人将认识到，在不偏离实施例的范围的情况下，可以对此配置作出许多修改，计算机程序产品可以包括已知的任何合适的信息 携带介质。
术语“逻辑”可以包括，例如，软件、硬件、固件，和/或软件和硬件的组合。
某些实施方式可以是提供通过人或自动处理来部署计算基础架构(将计算机可读取的代码集成到了计算系统中)的方法，其中，代码和计算系统组合起来，以便能够执行所描述的实施方式的操作。
图3A和3B的逻辑描述了按特定顺序进行的特定操作。在备选实施例中，某些逻辑操作可以按不同的顺序执行，也可以加以修改或删除。此外，还可以向上文所描述的逻辑中添加操作，仍符合所描述的实施例。此外，这里所描述的操作可以连续地进行，或者，某些操作可以并行地处理，被描述为由单个进程执行的操作也可以由分布式进程执行。
图3A和3B所显示的逻辑可以以软件、硬件、可编程和非可编程门阵列逻辑或以硬件、软件或门阵列逻辑的某种组合来实现。
图4显示了可以根据某些实施例使用的系统体系结构400。客户端计算机100和/或存储控制单元120可以实现系统体系结构400。系统体系结构400适用于存储和/或执行程序代码，并且包括至少一个通过系统总线420直接或间接地连接到存储器元件404的处理器402。存储器元件404可以包括在程序代码的实际执行过程中使用的本地存储器，大容量存储器，以及高速缓冲存储器，该高速缓冲存储器提供了至少某些程序代码的临时存储器，以便减少在执行过程中必须从大容量存储器检索代码的次数。存储器元件404包括操作系统405和一个或多个计算机程序406。
输入/输出(I/O)设备412、414(包括但不仅限于，键盘、显示器、指示设备，等等)可以直接或者通过I/O控制器410连接到系统。
网络适配器408也可以连接到系统，以使得数据处理系统通过私有的或公共网络连接到其他数据处理系统或远程打印机或存储设备。调制解调器，电缆调制解调器和以太网卡只是几个当前可用的的 网络适配器408的类型。
系统体系结构400可以连接到存储器416(例如，非易失性存储区域、如磁盘驱动器、光盘驱动器、磁带驱动器等等)。存储器416可以包括内部存储设备或外接的或可通过网络进行访问的存储器。存储器416中的计算机程序406可以加载到存储器元件404中，并由处理器402以已知的方式执行。
系统体系结构400可以包括比所显示的更少的组件，这里所没有显示的另外的组件，或所显示的组件和另外的组件的某种组合。系统体系结构400可以包括当前已知的任何计算存储设备，如大型机、服务器、个人计算机、工作站、笔记本电脑、手持式计算机、电话存储设备、网络设备、虚拟化存储设备、存储器控制器等等。
前面的对本发明的实施例的描述只是为了说明和描述。它不是详尽的说明或将实施例限于所说明的准确的形式。根据上述原理，许多修改方案和变化也是可以的。实施例的范围不被此详细描述的限制，而是由所附的权利要求进行限制。上面的说明、示例和数据提供了产品的完整的描述，以及实施例的构成的用法。由于在不偏离实施例的精神和范围的情况下，可以作出许多实施例，实施例都在下面所附的权利要求或任何随后提出的权利要求，以及它们的等效内容的范围内。
Claims (6)
1.一种计算机实现的用于处理读取和写入请求操作的方法，包括：
将第一存储设备的第一区域指定为针对第一逻辑块地址集合内的读取请求和写入请求的主要区域，并将第一存储设备的第二区域指定为读取请求和写入请求的辅助区域；
将第二存储设备的第二区域指定为针对第二逻辑块地址集合内的读取请求和写入请求的主要区域，并将第二存储设备的第一区域指定为读取请求和写入请求的辅助区域，其中第一存储设备和第二存储设备保留了数据的冗余副本；
接收写入请求操作；
判断是否到达写入阈值；
如果判断还未到达写入阈值，则
当判断出该写入请求操作处于第一逻辑块地址集合内时，将该写入请求发给第一存储设备的主要区域；而
当判断出该写入请求操作处于第二逻辑块地址集合内时，将该写入请求存储到针对第二存储设备的主要区域的当前批次写入请求中；以及
如果判断已经到达写入阈值，则按优化存储设备读/写磁头的运动的顺序对批处理的写入请求进行排序，并启动向第二存储设备的指定的辅助区域的按序的写入请求操作，同时使当前的辅助区域成为读取和写入请求操作的新的主要区域，使当前的主要区域成为读取和写入请求操作的新的辅助区域，并复位写入阈值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，判断读取请求操作是否是针对第一区域，如果是，将第一逻辑块地址集合内的读取请求操作发给第一存储设备的主要区域；否则，将第二逻辑块地址集合内的读取请求发给第二存储设备的主要区域。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，判断出写入请求操作是否是针对第一区域，如果是，发出针对第一存储设备中的主要区域的写入请求操作；否则向第二存储设备的主要区域的写入请求操作以批处理方式被存储。
4.一种用于处理读取和写入请求操作的系统，包括：
用于将第一存储设备的第一区域指定为针对第一逻辑块地址集合内的读取请求和写入请求的主要区域，并将第一存储设备的第二区域指定为读取请求和写入请求的辅助区域的装置；
用于将第二存储设备的第二区域指定为针对第二逻辑块地址集合内的读取请求和写入请求的主要区域，并将第二存储设备的第一区域指定为读取请求和写入请求的辅助区域的装置，其中第一存储设备和第二存储设备保留了数据的冗余副本；
用于接收写入请求操作的装置；
用于判断是否到达写入阈值的装置；
如果判断还未到达写入阈值，则
当判断出该写入请求操作处于第一逻辑块地址集合内时，将该写入请求发给第一存储设备的主要区域；而
当判断出该写入请求操作处于第二逻辑块地址集合内，将该写入请求存储到针对第二存储设备的主要区域的当前批次写入请求中的装置；以及
如果判断已经到达写入阈值，则按优化存储设备读/写磁头的运动的顺序对批处理的写入请求进行排序，并启动向第二存储设备的指定的辅助区域的按序的写入请求操作，同时使当前的辅助区域成为读取和写入请求操作的新的主要区域，使当前的主要区域成为读取和写入请求操作的新的辅助区域，并复位写入阈值的装置。
5.根据权利要求4所述的系统，还包括：判断出读取请求操作是否是针对第一区域，如果是，将第一逻辑块地址集合内的读取请求操作发给第一存储设备的主要区域；否则，将第二逻辑块地址集合内的读取请求操作发给第二存储设备的主要区域的装置。
6.根据权利要求4所述的系统，还包括：判断出写入请求操作是否是针对第一区域，如果是，发出针对第一存储设备中的主要区域的写入请求操作；否则，以批处理方式存储向第二存储设备的主要区域的写入请求操作的装置。
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