CN103927127A - 可重新配置存储装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可重新配置存储装置，其中重新配置存储系统的示例实施例包括：接收针对存储装置的用户需求信息并根据用户需求信息和存储装置的装置配置文件来自动生成针对存储装置的特征设置，并且使用此特征设置来将存储装置自动重新配置成具有独立表现特性的一个或多个逻辑装置。又一个示例实施例包括：从存储装置接收与存储装置和逻辑装置中至少之一的运行时性能数据有关的反馈，并且响应于运行时性能数据不满足用户需求信息的判定，动态调整一个或多个逻辑装置的配置，以满足用户需求信息。

Description

可重新配置存储装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年1月18日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2012-0005764的优先权，该在先韩国申请的全部内容以引用方式并入本文。

背景技术

现代存储系统通常包括多个独立的无源存储装置，在制造完成时，这些存储装置的性能特性通常就固定下来了。需要处理器（例如RAID控制器）执行软件（固件）来加入智能以使得非智能的存储装置的集合作为一个单元工作。由于也能够通过软件或固件来控制诸如固态盘（SSD）之类的存储装置，因此已经尝试根据使用环境来控制固态盘的操作特性。

用于满足用户资格测试的传统方式需要制造商提供最后一分钟的工艺规程以针对每个客户定制存储装置。因为存储装置的特性是广泛异构的，所以客户通常希望每当采用新的存储装置模型时重新校准他们的软件系统。然而，对一个存储装置的假设通常不适用于另一个装置。所以，传统的定制方式部分上不是可持续的，因为制造商的工程造价随着存储装置的数量和客户需求定制的增加而增加。

因此，一个能够考虑到客户的利益易于对存储装置进行重新配置的固件是十分关键的。例如，固态盘（SSD）优化软件（如三星出品的Magician^TM）能针对客户的系统调整SSD的性能。然而，客户拥有的优化选项十分有限；优化指标是面向装置的而不是面向用户的；并且优化不是受控的或是可量化的。此外，由于存储介质的劣化，如磨损和退化，存储装置特性会随着时间改变。这会与客户的初始假设相违背，而在用户层发生故障之前是无法被轻易察觉的。

另一种类型的可重新配置存储装置的过程允许客户选择个体特征以配置存储装置。这种方法不是针对一个新的存储装置调整客户的系统，而是通过一种可重新配置存储装置使客户针对他们的系统调整来调整存储装置，这样就简化了保养和更新的过程。

虽然可重新配置存储装置能够在性能优化方面提供更多的灵活性并且允许客户进行定制，但是仍有几个挑战存在。一个挑战是重新校准过程构成了一个组合的问题，其复杂度随着要定制的存储装置的特征数量的增加而呈指数地增加。换言之，目前的方式不为特征选择提供系统化的配置方法。比如，如果客户更改了三个特征的值，则客户就可能很难判断这些特征的组合会对存储装置的性能产生什么影响。

一个相关的挑战是，客户对特征的选择是通过软件用户界面完成的，在该软件用户界面中用户手动选择特征。在没有系统化的配置方法或性能导向结果的情况下进行的特征手动选择本质上是一反复试错的过程。

最终，常规的重新配置过程并不能解决由存储介质劣化造成的存储装置特性随时间而发生改变的影响。这样的改变会使原来在特定使用环境下进行的特征选择不再有效。

于是，对于一种可以由软件定义并自动配备的应用所需的存储资源的软件定义存储（SDS）的趋势就需要一种改进的且更加灵活的可重新配置的存储过程。

发明内容

示例实施例提供了用于重新配置存储装置的方法和系统。示例实施例的各方面包括接收针对一个存储装置的用户需求信息并根据用户需求信息和针对所述存储装置的装置配置文件来自动生成针对所述存储装置的特征设置；并且使用此特征设置自动将所述存储装置重新配置为具有独立表现特征的一个或多个逻辑装置。进一步的示例实施例包括从所述存储装置接收有关存储装置和逻辑装置中至少一个的运行时性能数据的反馈；并且响应于运行时性能数据不满足用户需求信息的判定，动态调整一个或多个逻辑装置的配置以满足用户需求信息。

根据此处公开的方法和系统，示例实施例提供了一种重新配置过程，能够消除为了针对每个用户需求配置不同存储装置而要在主机上修改配置软件的需要。示例实施例与需要修改主机上的配置软件以定制不同存储装置的传统方法不同。此外，由于示例实施例自动将用户需求转换为特征设置，因此消除了配置存储装置时用户要手动选择特征组合的需要。

附图说明

根据下述结合了附图描述的实施例的描述，所示本发明总体构思的这些和/或其他特征和用途将会更加清楚和容易理解，其中：

图1是示出一种可重新配置的存储系统的一个示例实施例的框图；

图2A和2B是示出用于重新配置存储系统的过程的一个实施例的流程图；

图3是进一步详细示出用于配置可重新配置存储装置的过程的流程图；

图4是示出一个由配置规划器执行的用以产生规划的示例转换过程的流程图；

图5是示出在可重新配置存储装置上的配置组件处理的流程图；

图6是示出根据一个实施例的配置向导执行流程的流程图；以及

图7是示出可重新配置的存储系统的另一实施例的框图。

具体实施方式

现将详细描述本发明总体构思的实施例，在附图中示出了本发明总体构思的实施例的示例，在附图中相同的附图标记表示相同的元件。下述中，参照附图描述实施例，以解释本发明的总体构思。

参照下述对实施例详细描述并结合附图，可以更好地理解本发明的优点和特征以及实现本发明的方法。然而，本发明的总体构思可以以许多不同形式实施，且不应被解释为仅限于此处阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开详尽和完备，并且向本领域技术人员完整地传递本发明的总体构思，而且本发明的总体构思将仅由所附权利要求来定义。在附图中，为了清晰起见，会放大层和区域的厚度。

描述本发明的上下文中（特别是在所附权利要求中），对于“一个”、“一种”、“此”以及类似指示词的使用将解释为同时覆盖单数和复数，除非另有指示或明显与上下文矛盾。术语“由...组成”、“具有”、“包括”和“包含”用以诠释开放性术语（即，意指“包括但不限于”），除非另有说明。

此处所用术语“组件”或“模块”意指但不限于用以执行特定任务的软件或硬件组件，如现场可编程门阵列（FPGA）或专用集成电路（ASIC）。组件或模块可以有利地配置为驻留在可寻址的存储介质中并且配置为在一个或多个处理器上执行。从而，组件或模块可以示例性地包括：诸如软件组件、面向对象的软件组件、类组件和任务组件之类的组件，以及过程、功能、属性、程序、子程序、程序代码段、驱动器、固件、微码、电路、数据、数据库、数据结构、表、数组和变量。组件以及组件或模块的功能性可被结合成更少的组件和组件或模块，或者可被进一步分割成另外的组件和组件或模块。

除非另有定义，否则本文所使用所有技术术语和科学术语的含义与本发明所属领域内普通技术人员所一般理解的意义相同。注意，除非另有规定，否则本文提供的对任意和所有示例或示例性术语的使用仅是为了更好地阐释本发明，并不是限制发明范围。进一步地，除非另有定义，否则在通用字典中定义的所有术语不应被过度解释。

图1是示出一种可重新配置的存储系统的一个示例实施例的框图。此系统包括主机100，其耦接到一个可重新配置存储装置102。在一个实施例中，主机100的基本组件包括至少一个处理器104、内存106和主机控制器108。在一个实施例中，可重新配置存储装置102的基本组件包括存储控制器111、主存储器112、至少一个处理器114、和内存116。

主存储器112执行本机存储功能，并为可重新配置存储装置102提供存储空间。主存储器112可包括（但不限于）诸如闪存（如作为固态盘（SSD）实现）、PCRAM、RRAM、STT-RAM等之类的非易失性存储器，以及诸如闪存转换层（FTL）、无用单元收集器（GC）等之类的存储管理固件（未示出）。一个或多个逻辑装置121可以占用主存储器112的一部分。分配给逻辑装置121的实际物理存储空间取决于空间效率要求。有自动精简配置（thin-provisioning）的逻辑装置可以比具有传统自动配置（thick-provisioning）的逻辑装置占用更少的物理存储空间。

在正常操作期间，主机控制器108可以将与内容读/写操作相关的指令124输出到存储控制器111，以允许主机100对存储在主存储器112中的内容进行处理或者将新的内容存储到主存储器112中。此处，主机100中的内容处理可包括以图像或文档形式显示或打印内容、以音频和/或视频的形式播放内容、以及以诸如计算机程序之类的应用程序的形式在功能单元（如处理器104）上安装或执行内容。

存储控制器111从主机控制器108接收与内容相关的指令，并根据接收到的指令对存储在主存储器112中的内容126进行控制。例如，当接收到的指令是一个读指令时，存储控制器111可以向主机100提供存储在主存储器112中的内容126，而当接收到的指令是一个写指令时，存储控制器111可以从主机100接收新的内容126并将所接收到的内容存储到主存储器112中。

此外，虽然主机控制器108和存储控制器111作为单独的组件示出，但在可替换实施例中，如有必要，可将主机控制器108和存储控制器111实现为一个集成单元。

如前所述，传统存储装置的一个问题是，它们是具有很少内置智能的固定的装置。所以，针对客户要求定制存储装置的过程可能是昂贵且费时的。

根据示例实施例，进一步为主机100提供了配置转换组件110，而可重新配置存储装置102设置有配置组件118、特征集120和装置配置文件122。在一个实施例中，主机100上的配置转换组件110可配置为对描述了可重新配置存储装置102的表现特征的用户需求123进行接收，并将该用户需求123转换成配置指令128，该配置命令128定义了针对可重新配置存储装置102的表现特征的特征设置。在一个实施例中，配置转换组件110的各项功能可以由分别的几个组件执行，例如配置规划器136、装置编程器140、和配置向导138。

相应地，可重新配置存储装置102上的配置组件118可配置成接收配置指令128并执行对应于配置指令128的特征设置，从而自动地配置可重新配置存储装置102的表现特征。此后，在依据所设置的表现特征对主存储器112进行驱动的同时，存储控制器110可以向/从主机100发送/接收内容126。

在示例实施例的另一方面，在可重新配置存储装置102的操作期间，配置转换组件110可以从可重新配置存储装置102接收有关可重新配置存储装置102的性能特征的反馈130，并基于反馈130相应地调整配置指令128（从而调整特征设置）。

在一个实施例中，配置转换组件110和配置组件118作为软件组件实现。在另一个实施例中，这些组件可以作为硬件和软件的组合来实现。虽然配置转换组件110和配置组件118示出为单独的组件，但它们每一个的功能可以组合成更少或更多数量的模块/组件。例如，在一个实施例中，存储控制器111和主机控制器108可以作为一个集成的组件或单独的组件实现在主机100上。

此外，虽然用户需求信息123示出为输入到主机100，但在一个可替换实施例中，可重新配置存储装置102可适用于接收用户需求信息123并将用户需求信息123提供给主机100。

示例实施例中可重新配置的存储系统可以应用于从客户到企业的范围广泛的存储器市场，其可应用于一个独立的单机（如台式机，笔记本电脑，工作站，服务器等）的磁盘、存储器阵列、软件定义存储器（SDS）、应用特定存储器、虚拟机（VM）、虚拟桌面基础架构（VDI）、内容发布网络（CDN）等。

例如在一个实施例中，可重新配置存储装置102可以集成在一个半导体装置中以形成个人计算机存储卡国际协会（PCMCIA）、紧凑型闪存（CF）、智能媒体卡（SM、SMC）、记忆棒，多媒体卡（MMC、RS-MMC、MMC-micro）、SD卡（SD、miniSD、microSD、SDHC）、通用闪存存储（UFS）装置等。

例如在一个实施例中，主存储器112可以由多个非易失性的存储器芯片形成，例如，多个闪存存储器。如另一个示例，主存储器112可以由不同类型的非易失性存储器芯片（如PRAM、FRAM、MRAM等）形成而不是由闪存存储器芯片形成。或者，主存储器112可以由易失性存储器形成（例如，DRAM或SRAM），并且可以拥有混合了两种或多种类型的存储器的混合类型。

图2A和图2B是示出用于重新配置存储系统的过程的实施例的流程图。图2A是示出了依用户需求来对可重新配置存储装置进行重新配置的配置过程的流程图，而图2B是示出在可重新配置的存储系统的操作期间，对可重新配置存储装置102进行配置的过程的流程图。

参照图2A，此过程的开始可以为配置转换组件110接收针对存储装置的用户需求信息123并根据该用户需求信息和该存储装置的装置配置文件来自动生成针对该存储装置的特征设置（框200）。之后，配置组件118可以使用此特征设置来自动将存储装置重新配置为一个或多个具有独立表现特征的逻辑装置121（框202）。

参照图2B，示出了在可重新配置的存储系统的操作期间用于对可重新配置存储装置102进行配置的过程的流程图。在此实施例中，配置转换组件110从存储装置接收与存储装置和逻辑装置中至少一个的运行时性能数据134有关的反馈130（框204）。响应于运行时性能数据不满足用户需求信息的判定，配置转换组件110动态调整一个或多个逻辑装置的配置，以满足用户需求信息（框206）。

可重新配置的存储系统的一个优势是，由于示例实施例对存储装置的特异性和重新配置的复杂性进行了提炼，所以配置转换组件110（即，用户软件）对新的可重新配置存储装置的存储管理可以简化。另一个优势是，使用新的可重新配置存储装置的用户软件可以实际保持不变而不管存储装置的模型如何，这是因为用户软件可以根据依照用户需求的可重新配置存储装置来动态地定义并创建它自己的逻辑装置。

再次参照图1，根据示例实施例的另一个方面，与针对不同特征的实际值相反，用户需求信息123可以包括针对可重新配置存储装置102的表现特征的高级别描述。根据一个实施例，此高级别描述可以包括针对可重新配置存储装置102的服务水平协议（SLA）。SLA是在两个当事方（如一个客户和一个制造商）之间协商的普遍服务合同。

根据又一个实施例，此高级别描述可以进一步包括服务质量（QoS）需求，在一个实施例中，QoS需求是SLA的一部分。然而，在另一个实施例中，若用户只是对性能方面感兴趣，则QoS可以从SLA中分离出来。示例实施例中的QoS可以包括在用于定义用户详细性能预期的等待时间、IOPS、带宽、抖动、WAF/RAF等方面存储装置的性能特性。例如，在创建虚拟装置后，可能只想要调整QoS而不是创建新的逻辑装置。如此处公开的那样，使用SLA和QoS来自动配置可重新配置存储装置102会导致使配置以定量的方式完成。

在一个实施例中，一个SLA可包括表达为XML格式的用于任意属性组合的规格。一个属性可以是存储装置的性能特性（QoS），如等待时间和IOPS，或者可以是非性能特性，如容量、寻址模式和保护。承诺是操作的QoS满足率的平均百分比。反应是在与QoS冲突时主机所期待的反应。容量规格可指定一定数量的数据空间和空间节省。容量可以表明用户空间中一定数量的数据，而不是装置中实际的存储空间。在此意义上，容量规格独立于装置所实际使用以实现现有结果的机制，而所需的仅是对一定数量的数据可被存储在用户级别的保证。例如，一个采用传统自动配置技术的装置在一个请求得到批准时分配实际空间，而采用自动精简配置技术的装置可能不会预先分配空间。同样，由一个具有诸如过度承诺、压缩、重复数据删除之类的空间节省特征的装置分配的实际物理空间会比用户要求的数据空间小的多。

寻址模式规格会指定要在储存器中对数据进行寻址的，包括：可字节寻址、可字寻址、和/或可块寻址。例如，一种外围组件互连高速版（PCle）装置是可字节寻址和可块寻址的。类似的，一个单地址空间操作系统可以在块寻址装置上模拟字节寻址。QoS应当在一个特定寻址模式的情况下被解释。

保护规格可指定安全性并访问控制。装置可以支持加密且用户可以按照其安全性需求来使用指定加密算法（例如128位RSA，256AES）。用户可能还需要安全的数据删除，而用户自己需承担在数据被删除后不可恢复的风险。此外，用户可以在装置级别定义访问控制，如只读、可写、一次写入。例如，一张系统的恢复图像可被存储在一次写入逻辑装置中。

性能规格可指定等待时间、吞吐量、带宽、和/或每秒输入/输出操作（IOPS）的测量，以此用户可以拥有针对装置的详细性能需求。例如，用于在一个视频点播服务器上存储视频剪辑的存储装置需要高的连续读取性能。相比之下，一个用于管理元数据的存储装置可能需要高的IOPS（以及低等待时间）。

SLA的示例可包括下述。

上述示例中，用户可能对可字节寻址的100GB装置感兴趣。此外，4KB页面读取等待时间必须小于10ms且4KB写入等待时间也必须小于10ms。最终，装置的IOPS必须至少为1K。

此可重新配置存储装置102可以进一步包括多个操作特征，此处指特征集120。在一个实施例中，特征集120可以包括硬件操作（如时钟频率、过度配置比例）、指令调度策略（如读取先于写入、随机存取先于顺序存取、小请求先于大请求、调度算法、读取先于GC）、逻辑装置特性（如容量、队列长度、超时控制、保护）、逻辑地址到物理地址的映射策略（如页面映射、块映射、混合映射）、后台任务执行策略（如无用单元收集算法、无用单元收集周期与频率、后台TRIM、后台压缩）等等，所列举内容并非详尽穷举。

当配置转换组件110接收到用户需求信息123时，配置转换组件110会自动将用户需求信息123转换成可用于开启/关闭特征集120中的特定特征的特征设置，并指定特定特征的值。特征的影响范围可全面地涉及所有逻辑装置121或仅仅局域性地针对于特定逻辑装置。例如，装置操作频率的调整是全局性的，它改变所有逻辑装置121的行为，而增加一个逻辑装置的队列长度仅局域性地针对此装置。

根据示例实施例的一个方面，配置转换组件110基于用户需求信息123和装置配置文件122生成特征设置。在一个实施例中，装置配置文件122可以包括对存储装置特定的特征（如可调整时钟频率的范围）的性能范围131、性能模型132、以及运行时性能数据134。运行时性能数据134可以包括装置在操作期间测量的运行时性能统计数据。

根据一个示例实施例，性能模型132可以由与装置性能相关联的可重新配置存储装置102的特征创建，并与之相关联。在一个实施例中，性能模型132可以包括针对单独特征和/或特征设置的组合的数学模型（如线性、多项式、对数、指数或阶跃函数），和/或在受控环境下测量的用以估计QoS的理想性能数据。

下述表1示出一个示例特征集120和相关性能模型。本发明中的模型是示例性的且取决于供应商和装置而变化。

特征	效果	性能模型
			时钟频率	IOPS	模型W（如线性）
队列大小	IOPS	模型X（如对数）
			热	IOPS/等待时间	模型Y（如逆多项式）
过度配置	等待时间	模型Z（如对数）
			超时	N/A	常数

表1

在一个实施例中，能够改变装置性能特性的任意特征都可以拥有一个相关的性能模型132和/或在模型不可行的情况下拥有一个理想的性能参考表。在一个实施例中，配置转换组件110或配置组件118的任意一个都可以使用装置配置文件122和/或性能模型132，用以判定可重新配置存储装置102是否能满足用户需求信息123的规格。例如，用户可以通过提升物理装置的时钟速率来改善对读操作的响应时间。然而，装置的时钟速率的可调整范围是有限的。如果装置已经达到了它的最大时钟速率，就不能用时钟调整特征来改善等待时间。相似的，如果IOPS与时钟速率的比可以在一定程度上成模为例如线性函数，则可以判定时钟速率要提升多少。

在一个实施例中，包括性能模型132的装置配置文件122可以由配置转换组件110使用，例如，由可重新配置存储装置102报告给配置转换组件110。在另一个实施例中，装置配置文件122可以被存储在主机100上，或在一个可由主机100和/或可重新配置存储装置102访问的远程位置。虽然所示性能模型132被作为装置配置文件122的一部分来储存，但在另一个实施例中，性能模型132可以与装置配置文件122分别存储。

若可重新配置存储装置102的供应商可以向主机100公布装置配置文件122，则主机100中的配置转换组件110就能够平衡性能范围131、性能模型132和运行时性能数据134。否则，配置转换组件110可能需要为每一中类型的可重新配置存储装置102而访问其自己的装置配置文件122。

在一个实施例中，装置配置文件122中的运行时性能数据134可以包括通过如ATA规格中的SMART（自监控分析报告技术）的标准接口可用的典型性能指数，并且包括供应商明确提出的运行时性能量度，如最小/最大/平均的读/写等待时间、最小/最大/平均的队列长度和排队时间、最小/最大/平均的内部IOPS、读/写放大比、无用单元收集时间、超时计数等。

在一个实施例中，另一个作为运行时性能数据134的一部分存储的信息可以包括但不限于：装置状态、装置后台作业状态、以及主机后台作业状态。

装置状态可以包括关于可重新配置存储装置102的硬件和软件的信息。其不仅包括诸如存储介质的劣化度（耐磨级别）、超级电容的状态、装置温度、过度配置比（或数量）等之类的全局信息，还可以包括诸如装置尺寸、装置容量、装置利用率、SLA、特征集、特征设置、数据碎片化程度、超时、保护、寻址模式等之类的关于逻辑装置的本地信息。

装置后台作业状态可包括由装置策略判定的但对装置外部不可见的装置后台作业状态，如后台TRIM、后台无用单元收集、后台压缩等。

主机后台作业状态可包括由主机触发的装置后台作业状态，如ATA规格中的SMART自测试套件的离线测试。

图1所示主机100中的配置转换组件110可将一个SLA中的高级别用户QoS需求转换成装置特定的配置指令，用以改变可重新配置存储装置102的配置。配置转换组件110可理解设备特定的用户需求123与可重新配置存储装置102的操作/策略之间的关系。例如，一个存储装置可能需要一个队列深度大的队列以满足特定IOPS需求。相似地，低端装置可能需要一个队列深度大且有读取优先权的队列以实现较短的读取等待时间，而高端装置没有读取优先权也可实现相似的等待时间。

图3是进一步详细示出用于对可重新配置存储装置102进行配置的的过程的流程图。在一个实施例中，在主机100上执行的过程步骤是由配置转换组件110实施的，并且在可重新配置存储装置102上执行的过程步骤是由配置组件118实施的。

在主机100上此过程通过接收一个SLA和接收装置配置文件122开始（框300）。针对SLA的每一个QoS需求，基于可重新配置存储装置102的装置配置文件122来确定可配置特征设置（框302），并且针对SLA确定特征设置的可能组合（框304）（QoS）。基于可重新配置存储装置102的装置配置文件122来将特征设置的组合按照优先级排列（框306）。针对每一个特征设置的组合，生成一组称作规划的配置指令（框308）。此规划或规划的独立配置指令与一个事务ID一起被发送到可重新配置存储装置102（框310）。一个规划可被装置中的配置组件拒绝，因为在规划正在被生成时，装置状态为避免竞争而改变。因此，主机100可以重复规划直到有一个或没有规划成功（框312）。

在存储装置102上此过程可以通过从主机接受规划开始（框320）。此规划通过基于装置配置文件122检查每一个特征的可用性和适用性而生效（框322）。规划中的所有特征都是自动设置的，且一旦失败则任何改变都被退回（框324）。基于特征设置创建一个或多个逻辑装置（框326）。装置配置文件122按照规划的配置来进行更新（框328）。之后，一个完成响应被发送给主机100（框330）。

在存储装置102的操作期间，将规划与装置配置文件进行比较，尤其是与实时性能统计数据134进行比较（框332）。之后，当装置配置文件不满足规划时，将一个通知作为反馈130发送到主机（框334）。之后，配置向导138利用反馈来指导配置规划器以进行适当的调整（图6）。

以下进一步详细描述构成了如图1所示的的配置转换组件110的三个组件——配置规划器136、配置向导138、和装置编程器140的功能，以及可重新配置存储装置102中的配置组件118。

配置规划器136接收用户需求123（如SLA）并基于装置按照装置配置文件122中的指定（如运行时性能数据134）而支持的策略来分析包括配置指令128在内的可能的配置规划，并且生成一个配置规划来作为建议。更特别的是，配置规划器136包括一个转换算法用以基于装置配置文件122来将SLA规格转化为特征设置，并确定所转化的特征设置中的优化组合，并且依据优化组合来生成一个包括配置指令128的规划。

如示例中所示，假设存储装置拥有如下装置配置文件：伴随加密特征，等待时间增加x%且IOPS减少y%，而读取优先于写入将读取等待时间改善了约z%，且队列深度的增加使IOPS改善了w%的比例。若用户想要在有加密选项的情况下实现同样的性能，则配置规划器136可能需要开启读取优先权和/或增加队列深度以抵消由加密产生的等待时间增加。

配置规划器136可以根据用户需求生成多个配置规划，且配置规划器136考虑存储装置102的状态和性能以及用户需求来选择最好的规划。配置规划器136可拥有多个性能模型132和多个规划算法，性能模型132与可重新配置存储装置的每一个特征、各特征间关联性和反关联性等相关联，多个规划算法评价这些性能模型132并生成配置规划。若存储装置102提供访问性能模型132的路径，则配置规划器136可与存储装置102共享这些性能模型132。否则，主机100可拥有它自己的性能模型。

当存储装置102中的配置组件118接收到规划时，若规划超过装置可以支持的能力，则配置组件118可以拒绝此规划。例如，如果装置不提供性能模型或者如果在获取当前性能特征时装置经历任何延迟或竞争，则装置提供的装置配置文件可以是失去失效的。在这种情况下，即使决定是基于装置的装置配置文件122作出的，装置也不能兑现此规划。然而，在一个实施例中，配置组件118也可以自行承担风险来执行规划。

配置规划可包括一系列的配置指令，其中每一个指令都是预定义的供应商独有的指令或是存储装置102可理解的标准指令。对于前者，配置规划器136需要发送两个指令：一个针对时序策略，用于给出读取先于写入的优先权，另一个针对队列属性，用于增加队列大小。可选的是，配置规划器136可以为带有事务ID的整个规划发送一个指令。取决于存储装置102的设置和状态，配置组件118会兑现或不兑现配置指令或规划。

图4是示出一个由配置规划器执行的用以产生一个规划的示例转换过程的流程图。此过程对应图3的框300至308。当接收到SLA时（框400），就会判定是否有更多QoS需求要解决（框402）。如果有，则对能够满足一个当前QoS需求的特征设置的可能组合进行确定（框404）。这一步骤中的决定或多或少是基于静态信息（或预定义知识）的基本准则，它可以根据装置而改变且能减少下一步的搜索空间。之后根据装置配置文件来判定特征设置的一个组合是否满足有关所关注装置的当前QoS需求（框406）。如果不满足，就获得特征设置的下一个组合（框408）。之后判定此组合是否为空，以确定在不满足的情况下已经对所有可能的组合都进行了尝试（框410），且如果是为空，就产生一个错误（框412）。如果此组合不为空，则此过程在框406继续。

如果特征设置的组合满足当前QoS需求（框406），则判定特征设置的组合是否与已经针对此装置的所有SLA和QoS选择的配置相结合。再一次，由于竞争而进行的装置性能的动态改变，此组合可能无效。如果是结合，则一个用于特征设置的配置指令被加入到此规划中（框416），且获得SLA中的下一个未解决的QoS（框418）。当判定此过程中没有更多QoS需求时，配置规划器136就将规划输出到可重新配置存储装置102中的配置组件118（框420）。

再次参照图1，装置编程器140接收配置规划器136所选择的规划并通过配置指令通道将该规划发送到可重新配置存储装置102，以此相应地执行存储装置的规划和配置。装置编程器140可从可重新配置存储装置102接收一个有关规划执行的响应。

由于配置规划器136推荐多个规划（它们可能是按照规划质量来排序的），所以装置编程器140可能需要在从可重新配置存储装置102得到否定响应的情况下重复规划直到找到一个对于可重新配置存储装置102实际有效的规划。如果装置编程器140在规划编程期间经历任意一个错误（如由于来自配置组件118的拒绝），则如果需要，装置编程器140应当可以对由规划产生的改变进行退回。

配置指令通道用来执行配置指令，并且反馈通道用来监控并收集装置的装置配置文件和状态信息，配置指令通道和反馈通道可以是一个诸如SATA、SAS、PCLe、和NVMe之类的标准主机接口或是一个为此目的设计的特殊接口。

图5是示出在可重新配置存储装置102上的配置组件118的处理的流程图。此过程对应图2A的框202，其中可重新配置存储装置被配置为使用来自主机100的特征设置，并且此过程还对应图3的框320至328。

此过程可以在配置组件118从主机100上的装置编程器140接收到至少包括一个包含特征设置的配置指令128的规划时开始（框500）。

配置组件118可先基于装置配置文件检查此规划中的特征设置的有效性和实用性（框502）。检查有效性可包括通过将规划与装置配置文件122进行比较来判定存储装置是否支持特征设置。检查实用性可包括基于装置配置文件122来估计对特征的调整程度，以及基于装置配置文件122将特征调整控制在一个适用的边界特征内。

此规划在特征设置的有效性和实用性都为真时通过验证（框504）。配置组件118执行规划（框506），在一个实施例中，执行规划包括自动地执行独立的配置指令。

当规划未通过验证时（框504），配置组件118拒绝规划并对于该计划所做的任何改变进行退回，并发送一个通知（如错误信号）给配置转换组件110（框508）。例如，如果当前时钟频率已经设置为最大时钟速率，则任何尝试增加时钟速度的规划都会被拒绝。在竞争时，退回可能是可重新配置存储装置的装置配置文件中的不准确性的一个来源。

如果执行规划成功（框510），则通过将此规划（如所执行的配置指令）与存储空间关联来在可重新配置存储装置上创建一个或多个逻辑装置（框512）。最终，配置组件118更新装置配置文件122（框514）。

根据此示例实施例，一个物理存储装置可以承载多个逻辑装置121，且每个逻辑装置121可以被独立地配置并拥有它自己的特性。从而，此示例实施例的可重新配置的存储系统创建了对QoS感知的逻辑装置121。逻辑装置121可以依赖于由装置指定的不同的技术，如空间分割（如传统OS分割）、多队列（如NVMe标准）、多占用（如云PaaS）、虚拟化（如SR-IOV标准）及其他技术。

例如，假设用户在单个装置上需要两个100GB的存储空间：一个用于密集读取工作负载，而另一个用于密集写入工作负载。基于使用多队列的空间分割技术，使用单个的可重新配置存储装置，用户就可以在装置上创建两个分区（如/dev/sda[1,2]），之后配置一个分区（如/dev/sda1）与一个队列关联来作为用于读取的逻辑装置，而配置另一个分区（如dev/sda2）与另一个队列关联来作为用于写入的逻辑装置。之后，此装置可以通过用于读取的逻辑装置来传送持续的读取性能，而不会发生由于写入造成的性能下降。因为由写入造成的无用单元收集，所以使用本方案的一个典型的存储装置可能表现出较长的等待时间。

再次参照图1，配置向导138可通过反馈通道（未示出）接收装置配置文件122来作为反馈130。为减少数据传递开销，被发送给主机的实际信息可以改变。配置向导138对跨越一个或多个物理存储装置的一个或多个逻辑装置进行监控，并判定是否所有的用户需求信息123都被满足。在与SLA冲突时，配置向导138还通知配置规划器136根据装置配置文件来调整规划。

图6是示出根据一个实施例的配置向导138的执行流程的流程图。配置向导138等待配置组件118收集并发送包括逻辑装置121的运行时性能数据134在内的装置配置文件122来作为反馈130（框600）。在一个实施例中，主机100可包括一个或多个反馈通道，反馈通道包括一个用于传递在可重新配置存储装置102中获取的输入/输出轨迹的标准接口。在另一个实施例中，反馈通道可包括一个特殊接口，用以允许配置向导138监控可重新配置存储装置102的性能。

响应于接收装置配置文件122，配置向导138通过将反馈130与用户需求123进行比较来监控可重新配置存储装置102的性能（框602）。如果配置向导138判定没有一个逻辑装置的运行时性能数据134与用户需求123冲突（框604），那么对可重新配置存储装置102的编程就完成了（框606）。如果任何逻辑装置121未能满足用户需求123，则配置向导138通知配置规划器136（如，通过提供对应于逻辑装置的运行时性能数据134）提供一个针对该逻辑装置的新的配置规划（框608），从而动态调整存储装置102的设置和特性。

在一个实施例中，当检测到冲突时，由于通知只能包含所关注的逻辑装置的性能，所以配置向导138还可以对来自可重新配置存储装置102的装置配置文件122作出请求，以找回用以生成一个新的规划的最新且全面的性能数据。在一个实施例中，可重新配置存储装置102可以定期地或每当运行时性能数据134的状态变化时主动地报告装置配置文件122。例如，假设一个用户需求是所有读取请求都必须在Xms内满足，配置向导138可以指示存储装置记录读取操作的服务时间，或者当服务时间超过Xms时设置一个红色标志。主机100也可以周期性地或基于需要地从可重新配置存储装置102请求装置配置文件122，而不是等待从可重新配置存储装置102中发送装置配置文件122。

在一个实施例中，配置向导138可以被下列事件激活：当新用户需求123被提交时；当现存用户需求123被改变时；当运行时性能数据134被更新时；每当运行时性能数据134被要求时（由于超时）；和/或每当可重新配置存储装置102不能满足用户需求123时。

图7是示出一个可重新配置的存储系统的进一步的实施例的框图。此实施例说明单个的配置转换组件700不仅可以管理一个物理可重新配置存储装置702上的多个逻辑装置，还可以管理各自包括多个逻辑装置的多个其他物理可重新配置存储装置704、706和708。

已经公开了一种用于可重新配置的存储系统的方法和系统。本发明已经依据所示实施例进行描述，且这些实施例可以变动，并且任何变动都在本发明的精神和范围内。例如，示例实施例可以使用硬件、软件、包括程序指令的计算机可读介质或其组合来实施。依据本发明的所写软件将被储存在某种形式的计算机可读介质上，如内存、硬盘、或CD/DVD-ROM中的任意一个，且会被处理器执行。从而，在不超出所附的权利要求书的精神和范围的情况下本领域内技术人员可进行许多修改。

Claims (41)

1.一种重新配置存储系统的方法，所述方法由运行在至少一个处理器上的至少一个软件组件来执行，所述方法包括步骤：

接收针对存储装置的用户需求信息并根据所述用户需求信息和所述存储装置的装置配置文件来自动生成针对所述存储装置的特征设置；以及

使用所述特征设置来将所述存储装置自动重新配置成具有独立表现特性的一个或多个逻辑装置。

2.如权利要求1所述的方法，还包括步骤：

从所述存储装置接收与所述存储装置和所述逻辑装置中至少之一的运行时性能数据有关的反馈；以及

响应于所述运行时性能数据不满足所述用户需求信息的判定，动态调整所述一个或多个逻辑装置的配置，以满足所述用户需求信息。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述用户需求信息包括对所述存储装置的表现特性的高级别描述。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述高级别描述包括服务水平协议和服务质量需求中的至少一个。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述服务水平协议进一步包括针对以下属性的任意组合的规格，所述属性包括：容量、寻址模式、保护和性能。

6.如权利要求1所述的方法，还包括步骤：

使用所述装置配置文件来判定所述存储装置是否满足所述用户需求信息的规格。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述装置配置文件包括性能模型，这些性能模型与对于装置性能具有相关性的存储装置特征相关联。

8.如权利要求6所述的方法，还包括步骤：

在所述存储装置上存储所述装置配置文件并使所述装置配置文件对于主机是可用的。

9.如权利要求6所述的方法，还包括步骤：

将所述装置配置文件存储在以下至少一项中：主机，以及可被所述主机或所述存储装置访问的远程位置。

10.如权利要求1所述的方法，其中自动生成所述特征设置的步骤进一步包括：

使用所述特征设置来使所述存储装置的特定特征有效/无效并使用所述特征设置来指定所述特定特征的值，

其中所述特定特征的效果对于全部所述逻辑装置是全局性的，或者对于指定的逻辑装置是局域性的。

11.如权利要求2所述的方法，其中所述运行时性能数据构成所述装置配置文件的一部分，并且包括：通过自监控分析报告技术接口可用的性能指数；以及包括最小/最大/平均的读/写等待时间、最小/最大/平均的队列长度、最小/最大/平均的内部IOPS、读/写放大比和无用单元收集时间在内的供应商明确提出的运行时性能量度。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述运行时性能数据还包括：装置状态、装置后台作业状态以及主机后台作业状态。

13.一种可重新配置的存储系统，包括：

配置转换组件，其在主机上运行，所述主机接收针对存储装置的用户需求信息并根据所述用户需求信息和所述存储装置的装置配置文件来自动生成针对所述存储装置的特征设置；以及

配置组件，其在所述存储装置上运行，所述存储装置从所述主机接收所述特征设置并使用所述特征设置来将所述存储装置自动重新配置成具有独立表现特性的一个或多个逻辑装置。

14.如权利要求13所述的系统，其中所述配置转换组件进一步配置为：

从所述存储装置接收与所述存储装置和所述逻辑装置中至少之一的运行时性能数据有关的反馈；并且

响应于所述运行时性能数据不满足所述用户需求信息的判定，动态调整所述一个或多个逻辑装置的配置，以满足所述用户需求信息。

15.如权利要求13所述的系统，其中所述用户需求信息包括对所述存储装置的表现特性的高级别描述。

16.如权利要求15所述的系统，其中所述高级别描述包括服务水平协议和服务质量需求中的至少一个。

17.如权利要求16所述的系统，其中所述服务水平协议进一步包括针对以下属性的任意组合的规格，所述属性包括：容量、寻址模式、保护和性能。

18.如权利要求13所述的系统，其中所述配置转换组件进一步配置为使用所述装置配置文件来判定所述存储装置是否满足所述用户需求信息的规格。

19.如权利要求18所述的系统，其中所述装置配置文件包括性能模型，这些性能模型与对于装置性能具有相关性的存储装置特征相关联。

20.如权利要求18所述的系统，其中所述装置配置文件存储在所述存储装置上并且对于主机是可用的。

21.如权利要求18所述的系统，其中所述装置配置文件在下述项中的至少一个之中：主机，以及可被所述主机或所述存储装置访问的远程位置。

22.如权利要求13所述的系统，其中所述配置转换组件进一步配置为使用所述特征设置来使所述存储装置的特定特征有效/无效并使用所述特征设置来指定所述特定特征的值，其中所述特定特征的效果对于全部所述逻辑装置是全局性的，或者对于指定的逻辑装置是局域性的。

23.如权利要求14所述的系统，其中所述运行时性能数据构成所述装置配置文件的一部分，并且包括：通过自监控分析报告技术接口可用的性能指数；以及包括最小/最大/平均的读/写等待时间、最小/最大/平均的队列长度和排队时间、最小/最大/平均的内部IOPS、读/写放大比、无用单元收集时间和超时计数在内的供应商明确提出的运行时性能量度。

24.如权利要求23所述的系统，其中所述运行时性能数据还包括：装置状态、装置后台作业状态以及主机后台作业状态。

25.一种存储在计算机可读存储介质上的可执行软件产品，包括用于重新配置存储系统的程序指令，所述程序指令用于执行步骤：

接收针对存储装置的用户需求信息并根据所述用户需求信息和所述存储装置的装置配置文件来自动生成针对所述存储装置的特征设置；以及

使用所述特征设置来将所述存储装置自动重新配置成具有独立表现特性的一个或多个逻辑装置。

26.如权利要求25所述的可执行软件产品，还包括用于下述步骤的程序指令：

从所述存储装置接收与所述存储装置和所述逻辑装置中至少之一的运行时性能数据有关的反馈；以及

响应于所述运行时性能数据不满足所述用户需求信息的判定，动态调整所述一个或多个逻辑装置的配置，以满足所述用户需求信息。

27.如权利要求25所述的可执行软件产品，其中所述用户需求信息包括对所述存储装置的表现特性的高级别描述。

28.如权利要求27所述的可执行软件产品，其中所述高级别描述包括服务水平协议和服务质量需求中的至少一个。

29.如权利要求28所述的可执行软件产品，其中所述服务水平协议进一步包括针对以下属性的任意组合的规格，所述属性包括：容量、寻址模式、保护和性能。

30.如权利要求25所述的可执行软件产品，还包括用于下述步骤的程序指令：使用所述装置配置文件来判定所述存储装置是否满足所述用户需求信息的规格。

31.如权利要求30所述的可执行软件产品，其中所述装置配置文件包括性能模型，这些性能模型与对于装置性能具有相关性的存储装置特征相关联。

32.如权利要求30所述的可执行软件产品，还包括用于下述步骤的程序指令：在所述存储装置上存储所述装置配置文件并使所述装置配置文件对于主机是可用的。

33.如权利要求30所述的可执行软件产品，还包括用于下述步骤的程序指令：将所述装置配置文件存储在以下至少一项中：主机，以及可被所述主机或所述存储装置访问的远程位置。

34.如权利要求25所述的可执行软件产品，其中自动生成所述特征设置的步骤进一步包括用于下述步骤的程序指令：使用所述特征设置来使所述存储装置的特定特征有效/无效并使用所述特征设置来指定所述特定特征的值，其中所述特定特征的效果对于全部所述逻辑装置是全局性的，或者对于指定的逻辑装置是局域性的。

35.如权利要求26所述的可执行软件产品，其中所述运行时性能数据构成所述装置配置文件的一部分，并且包括：通过自监控分析报告技术接口可用的性能指数；以及包括最小/最大/平均的读/写等待时间、最小/最大/平均的队列长度和排队时间、最小/最大/平均的内部IOPS、读/写放大比、无用单元收集时间和超时计数在内的供应商明确提出的运行时性能量度。

36.如权利要求35所述的可执行软件产品，其中所述运行时性能数据还包括：装置状态、装置后台作业状态以及主机后台作业状态。

37.一种主机，其对存储装置进行重新配置，所述主机包括：

内存；

处理器，其耦接到所述内存；以及

第一软件组件，其由所述处理器执行，所述第一软件组件配置为：

接收包括服务水平协议规格的用户需求；

基于装置配置文件将服务水平协议规格转换为特征设置；

判定特征设置的最佳组合；

根据最佳组合生成包括配置指令的多个规划；并且

考虑所述存储装置的性能和状态以及所述用户需求来选择所述多个规划中的一个规划；并且

所述主机还包括第二软件组件，其由所述处理器执行，所述第二软件组件配置为：

接收所选规划；

通过配置通道将规划发送给可重新配置存储装置；

从所述存储装置接收响应；并且

在从所述存储装置发来否定响应的情况下重复规划；并且

所述主机还包括第三软件组件，其由所述处理器执行，所述第三软件组件配置为：

收集所述装置配置文件并将所述装置配置文件发送给配置规划器；

监控在所述存储装置上创建的一个或多个逻辑装置，并判定是否满足所有用户需求；并且

在服务水平协议冲突的情况下通知所述配置规划器根据所述装置配置文件调整规划。

38.如权利要求37所述的主机，还包括：多个性能模型和规划算法，这些性能模型与所述可重新配置存储装置的每一个特征、各特征间的相关性和反相关性相关联，所述规划算法评估这些性能模型并生成配置规划。

39.一种可重新配置存储装置，包括：

主存储器；

处理器，其耦接到所述主存储器；以及

软件组件，其由所述处理器执行，所述软件组件配置为：

接收规划，所述规划包括包含有特征设置的至少一个配置指令；

基于装置配置文件检查所述规划中的特征设置的有效性和适用性；

当所述规划无效时，拒绝该规划并使得由该规划做出的任何改变退回；

当所述特征设置的有效性和适用性都为真时，使所述规划生效；

执行所述规划，并更新所述装置配置文件；并且

通过将所执行的规划与存储装置相关联来在所述可重新配置存储装置上创建一个或多个逻辑装置。

40.如权利要求39所述的可重新配置存储装置，其中所述软件组件通过下述方式检查所述特征设置的有效性：通过将所述规划与所述装置配置文件进行比较来判定所述可重新配置存储装置是否支持所述特征设置。

41.如权利要求40所述的可重新配置存储装置，其中所述软件组件通过下述方式检查所述特征设置的适用性：基于所述装置配置文件估计对特征的调整程度，并且基于所述装置配置文件将所述特征的调整控制在适用的边界特征之内。