CN103488575B - 动态调整固态硬盘预留空间的方法及其固态硬盘 - Google Patents

Abstract

本发明适用于固态硬盘控制技术领域，提供了一种动态调整固态硬盘预留空间的方法及其固态硬盘，所述方法包括：监测步骤，监测固态硬盘的存储空间的使用情况；告警步骤，在所述存储空间的使用率达到预设的告警阈值时，发出告警信息；控制步骤，根据用户的控制指令，调整所述固态硬盘的存储空间使用率的告警阈值或者控制写IO写入所述固态硬盘。借此，本发明实现了动态保持固态硬盘的性能，延长固态硬盘的寿命。

Description

动态调整固态硬盘预留空间的方法及其固态硬盘

技术领域

本发明涉及固态存储技术领域，尤其是涉及一种动态调整固态硬盘预留空间的方法及其固态硬盘。

背景技术

现有计算机或存储系统中，固态硬盘的特点是读写单位是页，而擦除单位为块。固态硬盘会越用越慢，这和固态硬盘的工作原理有很大的关系。固态硬盘使用闪存作为存储介质，而闪存特性是：必须先擦除之后才能再次写入数据，这一点和机械硬盘不同，机械硬盘可以直接在数据上面覆盖写入。

固态硬盘这个特性这对于现有的文件系统来说，就产生了许多麻烦。当有新的数据写入时需要替换旧的数据时，SSD（Solid State Disk，固态硬盘）主控制器将把新的数据写入到另外的空白的闪存空间上（标记为擦除状态）然后更新逻辑地址来指向到新的物理地址。而旧的地址内容就变成了无效的数据，但是要在上面再次写入的话，就需要首先擦除掉这个无效数据。

由于新的固态硬盘里的NAND（闪存）已经预先擦除干净，因此数据可以直接写入，无需完成数据清除这一步，这时数据的写入速度非常快；随着时间的推移，SSD中从未使用的存储空间越来越少，很多时候必须先擦除闪存中的数据然后再写入，因此其性能就会明显下降。为了解决这种问题，微软和SSD厂商都做了很大努力，例如Trim垃圾回收机制等等，但这不够发挥其最大功效的。目前不少SSD都支持垃圾回收机制，但这个机制在写入时就需要占用不小的磁盘空间，所以让分区保留足够的预留空间对性能提升会有很大帮助。

虽然一般情况下厂商已经在固态硬盘出厂设定了预留空间，例如容量128G的SSD，厂家会标称120G，那么8G的空间就被设置成了预留空间，但如果对性能要求特别高的情况下是不够的。

综上可知，现有动态调整固态硬盘预留空间技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

发明内容

针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种动态调整固态硬盘预留空间的方法及其固态硬盘，以实现动态保持固态硬盘的性能，延长固态硬盘的寿命。

为了实现上述目的，本发明提供了一种动态调整固态硬盘预留空间的方法，包括：

监测步骤，监测固态硬盘的存储空间的使用情况；

告警步骤，在所述存储空间的使用率达到预设的告警阈值时，发出告警信息;

控制步骤，根据用户的控制指令，调整所述固态硬盘的存储空间使用率的告警阈值或者控制写IO写入所述固态硬盘。

根据所述的方法，在所述监测步骤之前包括：

预设步骤，预设所述固态硬盘的存储空间使用率的告警阈值。

根据所述的方法，所述告警信息包括推荐调整固态硬盘存储空间使用率的一个或者多个告警阈值及根据推荐的所述一个或者多个告警阈值调整所述告警阈值后，所述固态硬性能下降趋势信息。

根据所述的方法，在所述控制步骤中，当用户选择所述推荐的一个告警阈值调整所述告警阈值后，根据所述推荐的一个告警阈值调整固态硬盘的所述存储空间的使用率的告警阈值；或者

当用户选择忽略所述调整固态硬盘存储空间使用率的告警阈值的信息后，丢弃上层应用下发的写IO，并返回写入错误信息。

根据所述的方法，在所述告警步骤中，所述告警信息通过语音信息或者显示信息发送。

为了实现本发明的另一发明目的，本发明还提供了一种固态硬盘，包括：

监测模块，用于监测固态硬盘的存储空间的使用情况；

告警模块，用于在所述存储空间的使用率达到预设的告警阈值时，发出告警信息；

控制模块，用于根据用户的控制指令，调整所述固态硬盘的存储空间使用率的告警阈值或者控制写IO写入所述固态硬盘。

根据所述的固态硬盘，所述固态硬盘还包括：

预设模块，用于预设所述固态硬盘的存储空间使用率的告警阈值。

根据所述的固态硬盘，所述告警信息包括推荐调整固态硬盘存储空间使用率的一个或者多个告警阈值及根据推荐的所述一个或者多个告警阈值调整所述告警阈值后，所述固态硬性能下降趋势信息。

根据所述的固态硬盘，所述控制模块在当用户选择所述推荐的一个告警阈值调整所述告警阈值后，根据所述推荐的一个告警阈值调整固态硬盘的所述存储空间的使用率的告警阈值；或者

所述控制模块在当用户选择忽略所述调整固态硬盘存储空间使用率的告警阈值的信息后，丢弃上层应用下发的写IO，并返回写入错误信息。

根据所述的固态硬盘，所述告警模块还包括：

语音告警子模块，用于将所述告警信息通过语音信息发送；

显示告警子模块，用于将所述告警信息通过显示信息发送。

本发明通过获取固态硬盘使用情况信息用于判断控制，当接收到写IO时，将当前存储空间使用率的值跟预设的存储空间使用率告警阈值进行比较，如果已经超过所述告警阈值，且用户没有忽略告警提示，则丢弃该写IO，返回错误，或者用户选择忽略该告警提示，则调整固态硬盘性能控制策略，固态硬盘性能参数会因此而降低，继续对向固态硬盘写入IO。借此，本发明可以通过对IO过程的控制操作，动态调整固态硬盘预留空间大小，提高固态硬盘的性能，改善性能控制策略的灵活性，延长固态硬盘的寿命。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的固态硬盘结构示意图；

图2是本发明第二、四实施例提供的固态硬盘结构示意图；

图3是本发明第五实施例提供的动态调整固态硬盘预留空间的方法流程图；

图4是本发明一个实施例提供的动态调整固态硬盘预留空间的方法流程图；

图5是本发明一个实施例提供的动态调整固态硬盘预留空间的方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1，在本发明的第一实施例提供了一种固态硬盘100，包括：

监测模块10，用于监测固态硬盘100的存储空间的使用情况；

告警模块20，用于在所述存储空间的使用率达到预设的告警阈值时，发出告警信息；

控制模块30，用于根据用户的控制指令，调整固态硬盘100的存储空间使用率的告警阈值或者控制写IO写入固态硬盘100。

在该实施例中，在监测模块10监测存储空间使用状态，告警模块20判断存储空间使用率达到预警设置值发出告警后，监测模块10监测固态硬盘100的存储空间使用状态。可以通过FTL（Flash translation layer，闪存转换层）获取地址映射表，监测空间使用状态，计算存储空间使用率，告警模块20判断存储空间剩余值的大小，并在所述存储空间的使用率达到预设的告警阈值时，发出告警信息，提示用户存储空间的使用率达到预设的告警阈值，固态硬盘100的写性能将受到影响。控制模块30根据用户的选择对固态硬盘100进行具体的控制操作，如调整固态硬盘100的存储空间使用率的告警阈值或者控制写IO写入固态硬盘100，以能够保持固态硬盘100使用性能，并能延长固态硬盘100的使用寿命。

参见图2，本发明的的第二实施例中，固态硬盘100还包括：

预设模块40，用于预设固态硬盘100的存储空间使用率的告警阈值。

在该实施例例，用户将通过预设模块40预设固态硬盘100的存储空间使用率的告警阈值，具体的告警阈值可以根据固态硬盘100的性能，及用户的使用需求进行设置。例如，预设模块40为固态硬盘100设置空间使用率告警点，比如800G固态硬盘100设置空间使用率为80%时告警，即存储空间使用了600G，也就是空间剩余200G的状态时告警。

在本发明的第三实施例中，所述告警信息包括推荐调整固态硬盘100存储空间使用率的一个或者多个告警阈值及根据推荐的所述一个或者多个告警阈值调整所述告警阈值后，所述固态硬性能下降趋势信息；

控制模块30在当用户选择所述推荐的一个告警阈值调整所述告警阈值后，根据所述推荐的一个告警阈值调整固态硬盘100的所述存储空间的使用率的告警阈值；或者

控制模块30在当用户选择忽略所述调整固态硬盘100存储空间使用率的告警阈值的信息后，丢弃上层应用下发的写IO，并返回写入错误信息。

由此，控制模块30管理固态硬盘100的预留空间以及读写IO（Input/Output,输入/输出)。当用户选择调整固态硬盘100的存储空间使用率的告警阈值时，则控制模块30根据用户的选择将固态硬盘100的告警阈值进行调整，如从原来的使用率告警阈值为80%调整到90%，其中未使用的存储空间即为预留空间。另一方面，控制模块30还可以根据用户的选择，即忽略该调整告警阈值信息，在固态硬盘100的所述存储空间大小达到所述告警阈值时，通过获取IO信息，丢弃其中的写IO，使得所述预留空间不再减小，而不影响读IO的性能，保证性能参数的稳定。

参见图2，本发明的的第四实施例中，告警模块20还包括：

语音告警子模块201，用于将所述告警信息通过语音信息发送；

显示告警子模块202，用于将所述告警信息通过显示信息发送。

在该实施例中，告警模块20可以包括语音告警子模块201和/或显示告警子模块202，由此，可以实现以语音或者是文字告警的方式向用户提示固态硬盘100的存储空间的使用率达到告警阈值。同时，用户也可以通过发出语音指令，或者选择相应的文字信息的方式实现控制指令的发送。此外，语音信息还可以包括蜂鸣告警等形式，显示信息还可以包括如LED灯闪烁。而语音告警子模块201和/或显示告警子模块202也可以设置于上层应用模块中，具体告警形式可以与固态硬盘100无关。

通过上述多个实施例提供的固态硬盘100，可以动态调整固态硬盘100预留空间以保持其使用性能。固态硬盘100提供预留使用空间对使用性能的影响数据；监测模块10监测固态硬盘100的使用空间临近到预设的预留空间值时告警模块20发出预警，提示用户是否维持设置的存储空间使用率以获得相应的使用性能；当用户同意时，控制模块30控制固态硬盘100的IO，通过控制写入IO使固态硬盘100维持当前预留使用空间，以实现动态保持性能。

在上述多个实施例中，固态硬盘100的多个模块可以为软件、硬件或者软硬件模块。

参见图3，在本发明的第五实施例中，提供了一种动态调整固态硬盘预留空间的方法，包括：

步骤S301中，监测固态硬盘100的存储空间的使用情况；该步骤为监测步骤，由监测模块10实现。

步骤S302中，在所述存储空间的使用率达到预设的告警阈值时，发出告警信息。该步骤为告警步骤，由告警模块20实现。所述告警信息通过语音信息或者显示信息发送。

步骤S303中，根据用户的控制指令，调整固态硬盘100的存储空间使用率的告警阈值或者控制写IO写入固态硬盘100，该步骤为控制步骤，由控制模块30实现。

在该实施例中，充分考虑了固态硬盘100的读写次数限制和随机读取的效率比较高的特点，以充分考虑到提高数据读写速度为目的，监测模块10实时监控固态硬盘100的存储空间的使用情况，计算固态硬盘100的存储空间的使用率。告警模块20在当所述存储空间的使用率达到设置告警阈值时发出告警信号，提示性能下降趋势信息。控制模块30则根据用户的控制指令，调整固态硬盘100的存储空间使用率的告警阈值，或者限制写IO写入固态硬盘100，以维护固态硬盘100性能及使用寿命。

在本发明的第六实施例中，在所述步骤S301之前包括：

预设固态硬盘100的存储空间使用率的告警阈值，该步骤为预设步骤，由预设模块40实现。

在该实施例中，通过预设模块40设置预留空间的所述告警阈值，可以根据用户的需要保证预留空间足够大，且性能参数保持高水平。同时，以便当达到所述告警阈值时，由告警模块20向用户发出告警提醒。

优选的，所述告警信息包括推荐调整固态硬盘100存储空间使用率的一个或者多个告警阈值及根据推荐的所述一个或者多个告警阈值调整所述告警阈值后，所述固态硬性能下降趋势信息；

在本发明的一个实施例中，在所述控制步骤中，控制模块30在当用户选择所述推荐的一个告警阈值调整所述告警阈值后，根据所述推荐的一个告警阈值调整固态硬盘100的所述存储空间的使用率的告警阈值；或者

控制模块30在当用户选择忽略所述调整固态硬盘100存储空间使用率的告警阈值的信息后，丢弃上层应用下发的写IO，并返回写入错误信息。

在该实施例中，根据告警模块20对固态硬盘100性能使用告警，即固态硬盘100的使用空间达到设置告警值时，该固态硬盘100的告警模块20给出系统提示，提示性能下降趋势；这个具体数值要依据具体产品测试数据来确定，具体产品的性能影响均不一样。比如，此时固态硬盘100系统预留空间200G，提示如果再继续使用，会导致该固态硬盘100性能下降20%，如果预留100G，性能下降40%，如果预留50G，性能下降60%，提示用户是否选择其中的一个推荐告警阈值继续使用。其中实际的性能下降幅度与具体的产品有关，不一定为此处所举数字。性能下降幅度测试可使用如Fio测试模块进行测试，可以在供测试的固态硬盘100中生成数据顺序写来填充空间，并在具体的剩余空间值时使用如Fio等测试模块做写IO性能测试（读性能差别不大），测得此时的性能数据与测得的峰值数据比较，就能得出对应剩余空间的性能下降数据。

根据用户的选择，控制模块30可以实现固态硬盘100性能动态保持。例如，用户经过评估选择忽略提示继续使用，则会面临性能下降的问题。如果用户选择维持较高性能而牺牲空间时，比如，预留空间200G,则性能只下降20%，则控制模块30控制IO，在维持预设的预留空间使用下将上层应用的写IO返回，避免使用性能下降，实现在使用过程中动态保持固态硬盘100性能。

在本发明的一个实施例中，固态硬盘100还设置有一用于存储测试数据和性能参数历史记录的文件。文件中的数据还可以为监控固态硬盘100的使用记录，可为优化控制IO、动态调整所述预留空间以及为改善固态硬盘100性能的流程提供依据。

此外，固态硬盘100对IO的控制处理可以是接收来自上层应用产生的IO命令，转换格式成底层固件能够直接处理的帧，然后通过DMA(Direct Memory Access，直接内存存取)把IO发送给硬件处理。在硬件处理完该IO后，产生一个硬件中断，把硬件处理的结果返回给上层应用，利用这个可以对写IO进行丢弃，返回错误，从而保证预留空间不再减小，保障固态硬盘100的高性能。

参见图4，在本发明的一个实施例中，动态调整固态硬盘预留空间的方法流程描述如下：

步骤S401，上层应用下发IO。

步骤S402，判断当前固态硬盘100的预留空间的大小是否大于告警阈值。如果否，执行步骤S403，如果是，则执行步骤S404。

步骤S403，丢弃写IO并返回写入错误。

步骤S404，将当前的写IO写入固态硬盘100。

在该实施例中，当上层应用向固态硬盘100下发IO时，监测模块10对固态硬盘100进行预留空间大小的监测，告警模块20根据监测模块10监测结果，进行告警提示。当未达到所述告警阈值，控制模块30将所有的读写IO直接发送到固态硬盘100处理。当达到所述告警阈值时，控制模块30对于从上层下发的IO命令，获取其中的写IO命令，并丢弃写IO命令，返回错误，读IO命令不受影响。

参见图5，在本发明的又一个实施例中，动态调整固态硬盘预留空间的方法流程描述如下：步骤S501，上层应用向前固态硬盘100下发IO。

步骤S502，判断固态硬盘100的预留空间的大小是否大于告警阈值。如果否，则执行步骤S503，如果是，则执行步骤S506。

步骤S503，发出达到所述告警阈值的告警提示，选择是否忽略提示。选择否，则执行步骤S504；选择是，则执行步骤S505。

步骤S504，自动调整性能控制策略，显示预计性能下降幅度，并转到执行步骤S506。

步骤S505，丢弃写IO并返回写入错误；

步骤S506，将当前的写IO写入固态硬盘100。

在本实施例中，监测模块10根据将当前存储空间使用率与设定的告警阈值做比较，当达到所述告警阈值时，告警模块20发出警告，用户可以在看到告警提示或者听到语音提示时，选择是否忽略该提示。同时，选择忽略后，控制模块30的对所述预留空间进行动态调整，可以选择根据测试模块的测试记录提供的备选策略，或等待所述IO性能参数自动选择，同时预测性能下降幅度的信息显示，固态硬盘100的一存储测试数据和性能参数历史记录的文件将调整过程中的相关参数进行记录保存。

综上所述，本发明通过获取固态硬盘使用情况信息用于判断控制，当接收到写IO时，将当前存储空间使用率的值跟预设的存储空间使用率告警阈值进行比较，如果已经超过所述告警阈值，且用户没有忽略告警提示，则丢弃该写IO，返回错误，或者用户选择忽略该告警提示，则调整固态硬盘性能控制策略，固态硬盘性能参数会因此而降低，继续对向固态硬盘写入IO。借此，本发明可以通过对IO过程的控制操作，动态调整固态硬盘预留空间大小，提高固态硬盘的性能，改善性能控制策略的灵活性，延长固态硬盘的寿命。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种动态调整固态硬盘预留空间的方法，其特征在于，包括：

监测步骤，监测固态硬盘的存储空间的使用情况；

告警步骤，在所述存储空间的使用率达到预设的告警阈值时，发出告警信息；

控制步骤，根据用户的控制指令，调整所述固态硬盘的存储空间使用率的告警阈值或者控制写IO写入所述固态硬盘；

所述告警信息包括推荐调整固态硬盘存储空间使用率的一个或者多个告警阈值及根据推荐的所述一个或者多个告警阈值调整所述告警阈值后，所述固态硬性能下降趋势信息；

所述使用率为所述固态硬盘已使用的空间容量与所述固态硬盘总的存储空间容量的比值；

所述IO为输入输出。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述监测步骤之前包括：

预设步骤，预设所述固态硬盘的存储空间使用率的告警阈值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述控制步骤中，当用户选择所述推荐的一个告警阈值调整所述告警阈值后，根据所述推荐的一个告警阈值调整固态硬盘的所述存储空间的使用率的告警阈值；或者

当用户选择忽略所述调整固态硬盘存储空间使用率的告警阈值的信息后，丢弃上层应用下发的写IO，并返回写入错误信息。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述告警步骤中，所述告警信息通过语音信息或者显示信息发送。

5.一种固态硬盘，其特征在于，包括：

监测模块，用于监测固态硬盘的存储空间的使用情况；

告警模块，用于在所述存储空间的使用率达到预设的告警阈值时，发出告警信息；

控制模块，用于根据用户的控制指令，调整所述固态硬盘的存储空间使用率的告警阈值或者控制写IO写入所述固态硬盘；

所述告警信息包括推荐调整固态硬盘存储空间使用率的一个或者多个告警阈值及根据推荐的所述一个或者多个告警阈值调整所述告警阈值后，所述固态硬性能下降趋势信息；

所述使用率为所述固态硬盘已使用的空间容量与所述固态硬盘总的存储空间容量的比值；

所述IO为输入输出。

6.根据权利要求5所述的固态硬盘，其特征在于，所述固态硬盘还包括：

预设模块，用于预设所述固态硬盘的存储空间使用率的告警阈值。

7.根据权利要求5所述的固态硬盘，其特征在于，所述控制模块在当用户选择所述推荐的一个告警阈值调整所述告警阈值后，根据所述推荐的一个告警阈值调整固态硬盘的所述存储空间的使用率的告警阈值；或者

所述控制模块在当用户选择忽略所述调整固态硬盘存储空间使用率的告警阈值的信息后，丢弃上层应用下发的写IO，并返回写入错误信息。

8.根据权利要求5所述的固态硬盘，其特征在于，所述告警模块还包括：

语音告警子模块，用于将所述告警信息通过语音信息发送；

显示告警子模块，用于将所述告警信息通过显示信息发送。