CN105278878A - 一种磁盘空间分配方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁盘空间分配方法及装置,该方法包括:所述磁盘空间被划分为至少两个区域空间,将LUN的逻辑区块地址LBA按照设定长度划分成多个LBA分段;确定每个LBA分段对应的覆盖写频率;当接收到覆盖写操作申请可变长度小块磁盘空间grain的请求时,确定该覆盖写操作所在的第一LBA分段,获取所述第一LBA分段对应的第一覆盖写频率;从所述至少两个区域空间中,确定与所述第一覆盖写频率对应的目标区域空间;从所述目标区域空间中分配grain给所述覆盖写操作。本发明公开的方法及装置及系统解决现有技术LUN中不同LBA地址区域存在访问频度的差异,导致磁盘中出现大量碎片空间在allocator中堆积的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域,尤其涉及一种磁盘空间分配方法及装置。
背景技术
对于高端存储来说,磁盘阵列(RedundantArraysofIndependentDisks,RAID)和快照是所有上层应用的基础。RAID、分层和存储瘦分配关系很大,有一个好的RAID基础,如采用RAID2.0块虚拟化技术,上层的动态分层和精简配置应用实现就会更加灵活和高效。同样,快照技术是灾备的基础,在逻辑单元号(LogicalUnitNumber,LUN)的复制、迁移、数据的本地备份、远程复制等等都需要用到快照技术的支持。
目前实现快照一般有两种方法,传统的存储快照技术(Copy-On-Write,COW)和现在渐渐流行的基于写重定向的存储快照技术(Redirect-On-Write,ROW)。
在采用写时重定向(Redirectonwrite,ROW)方式的LUN设备中,同一个物理存储空间小块(grain),可能被不同的逻辑区块地址((LogicalBlockAddress,LBA)所指向(如图1所示)。在对一个已经写过数据的LBA再次写数据(或称为覆盖写)时,由于原LBA指向的grain仍被其他LBA指向,无法直接修改原grain的内容,只能重新申请grain空间写入新数据。
Grain的分配由磁盘空间管理模块磁盘空间分配器(allocator)负责,allocator从资源池(pool)中取到固定长度的大块连续物理空间(extent),再将extent切分为不同大小的可变长度小块磁盘空间(grain)提供给rowlun读写。
由于LUN中不同LBA地址区域存在访问频度的差异,对于分配到覆盖写频度较高LBA区域的grain,可以很快被再次覆盖写,原grain被释放回allocator;而对于分配到覆盖写频度较低LBA区域的grain,则可能一直被占用。如果一直被占用的grain来自于同一extent,会导致该extent在allocator无法合并为完整的extent,也就无法释放回pool。出现大量碎片空间在allocator中堆积的现象,从而会导致严重的管理资源开销和分配性能的降低。
发明内容
本发明实施例提供一种磁盘空间分配方法及装置,以解决现有技术中由于LUN中不同LBA地址区域存在访问频度的差异,导致磁盘中出现大量碎片空间在allocator中堆积,从而使得磁盘的分配性能降低的问题。
第一方面,提供一种磁盘空间分配方法,所述磁盘空间被划分为至少两个区域空间,该方法包括:
将逻辑单元号LUN的逻辑区块地址LBA按照设定长度划分成多个LBA分段;
确定每个LBA分段对应的覆盖写频率;
当接收到覆盖写操作申请可变长度小块磁盘空间grain的请求时,确定该覆盖写操作所在的第一LBA分段,获取所述第一LBA分段对应的第一覆盖写频率;
从所述至少两个区域空间中,确定与所述第一覆盖写频率对应的目标区域空间;
从所述目标区域空间中分配grain给所述覆盖写操作。
结合第一方面,在第一种可能的实现方式中,所述至少一个区域空间包括第一区域空间和第二区域空间,则确定与所述第一覆盖写频率对应的目标区域空间包括:
判断所述第一覆盖写频率是否大于设定阈值,如果是,则确定所述第一区域空间为所述目标区域空间;否则,确定所述第二区域空间为所述目标区域空间。
结合第一方面的第一种可能的实现方式,在第而种可能的实现方式中,该方法进一步包括:
当从资源池中分配extent到所述第一区域空间或第二区域空间时,如果确定所述资源池中的任一extent是从所述第一区域空间中释放的,则将所述任一extent分配到所述第二区域空间中。
结合第一方面的第二种可能的实现方式,在第三种可能的实现方式中,确定所述资源池中的任一extent是从所述第一区域空间中释放的,包括:
获取所述任一extent对应的标签信息,根据所述标签信息确定释放所述任一extent的区域空间;其中,该标签信息用于表示回收所述任一extent时,释放所述任一extent的区域空间。
结合第一方面,或者第一方面的第一至三种可能的实现方式中的任意一种,在第四种可能的实现方式中,所述LBA分段对应的覆盖写频率为设定时间段内每个LBA分段所对应的写请求次数。
第二方面,提供一种磁盘空间分配装置,该磁盘空间被划分为至少两个区域空间,该装置包括:
分段模块,用于将LUN的逻辑区块地址LBA按照设定长度划分成多个LBA分段;
计算模块,用于确定每个LBA分段对应的覆盖写频率;
确定模块,用于当接收到覆盖写操作申请可变长度小块磁盘空间grain的请求时,确定该覆盖写操作所在的第一LBA分段,获取所述第一LBA分段对应的第一覆盖写频率;
分配模块,用于从所述至少两个区域空间中,确定与所述第一覆盖写频率对应的目标区域空间;并从所述目标区域空间中分配grain给所述覆盖写操作。
结合第二方面,在第一种可能的实现方式中,所述至少一个区域空间包括第一区域空间和第二区域空间,所述分配模块具体用于判断所述第一覆盖写频率是否大于设定阈值,如果是,则确定所述第一区域空间为所述目标区域空间;否则,确定所述第二区域空间为所述目标区域空间。
结合第二方面的第一种可能的实现方式,在第而种可能的实现方式中,该装置包括:
资源分配模块,用于当从资源池中分配extent到所述第一区域空间或第二区域空间时,如果确定所述资源池中的任一extent是从所述第一区域空间中释放的,则将所述任一extent分配到所述第二区域空间中。
结合第二方面的第二种可能的实现方式,在第三种可能的实现方式中,资源分配模块具体用于获取所述任一extent对应的标签信息,根据所述标签信息确定释放所述任一extent的区域空间;其中,该标签信息用于表示回收所述任一extent时,释放所述任一extent的区域空间。
结合第二方面,或者第二方面的第一至三种可能的实现方式中的任意一种,在第四种可能的实现方式中,所述计算模块具体用于根据设定时间段内每个LBA分段所对应的写请求次数确定每个LBA分段对应的覆盖写频率。
第三方面,提供一种存储设备,该装置包括:
磁盘,该磁盘的空间被划分为至少两个区域空间;
处理器,用于将LUN的逻辑区块地址LBA按照设定长度划分成多个LBA分段;确定每个LBA分段对应的覆盖写频率;当接收到覆盖写操作申请可变长度小块磁盘空间grain的请求时,确定该覆盖写操作所在的第一LBA分段,获取所述第一LBA分段对应的第一覆盖写频率;从所述磁盘至少两个区域空间中,确定与所述第一覆盖写频率对应的目标区域空间;并从所述目标区域空间中分配grain给所述覆盖写操作。
上述技术方案中的一个或两个,至少具有如下技术效果:
本发明实施例所提供的方案,首先将磁盘划分成了多个区域空间,根据每个LBA分段的覆盖写频率,将覆盖写频率不同的grain请求分配到不同的区域空间中,使得覆盖写频率相近的grain请求分配到同一区域空间。从而使得覆盖写频率低的grain控制在一定的extent中,有效的减小了磁盘碎片出现的可能,从而确保磁盘空间集中分配和释放,有效避免了覆盖写频率不同导致的extent空间无法合并释放的问题。而且对于单LBA区域的空间,来自覆盖写频率相似的请求,所以空间连续性更好,读写效率更高。
附图说明
图1为现有写时重定向方式下物理存储空间与逻辑地址的指向关系;
图2为本发明实施例一提供的一种磁盘空间分配方法的流程示意图;
图3为extent的使用情况示意图;
图4为本发明实施例所提供方法的使用环境示意图;
图5为本发明实施例二提供的一种磁盘空间分配方法的流程示意图;
图6为本发明实施例提供的一种磁盘空间分配装置示意图;
图7为本发明实施例提供的另外一种存储设备示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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。
实施例一
如图2所示,本发明实施例提供一种磁盘空间分配方法,该磁盘空间被划分为至少两个区域空间,具体包括以下实现步骤:
步骤201,将LUN的逻辑区块地址(LBA)按照设定长度划分成多个LBA分段;
在该实施例中,在进行逻辑区块地址分段的时候可以根据实际的需求进行设置对应的分段粒度,极端情况下,即每个LUN算作一个分段。
步骤202,确定每个LBA分段对应的覆盖写频率;
该覆盖写频率是用来衡量每个LBA分段的覆盖写操作的频繁程度的,所以在具体的实现方式中,该LBA分段对应的覆盖写频率为设定时间段内每个LBA分段所对应的写请求次数。
步骤203,当接收到覆盖写操作申请可变长度小块磁盘空间grain的请求时,确定该覆盖写操作所在的第一LBA分段,获取所述第一LBA分段对应的第一覆盖写频率;
步骤204,从所述至少两个区域空间中,确定与所述第一覆盖写频率对应的目标区域空间,并从所述目标区域空间中分配grain给所述覆盖写操作。
在现有技术中,写频繁的LUN和写频率低的LUN不做区分直接分配extent,但是如果分配给写频率低的空间被划分到多个extent(例如图3中的LUN2),则可能会导致这个多个extent都不能及时的合并,称为磁盘的碎片空间,从而造成大量的碎片维护开销,并使得分配器占用大量的资源进行磁盘碎片的管理。
本实施例所提供的方法中,首先将磁盘划分成了至少两个区域空间,并且每个预设空间中包括至少一个extent;进一步再根据每个LBA分段的覆盖写频率,将覆盖写频率相似的grain请求分配到同一个区域空间。从而使得覆盖写频率低的grain控制在一定的extent中,有效的减小了磁盘碎片出现的可能,从而确保磁盘空间集中分配和释放,有效避免了覆盖写频率不同导致的extent空间无法合并释放的问题。而且对于单LBA区域的空间,来自覆盖写频率相似的请求,所以空间连续性更好,读写效率更高
在本发明实施例中,磁盘空间被划分为至少两个区域空间,为了更清晰的说明本发明的方案,以下以两个区域空间和多个区域空间为例,对从所述至少两个区域空间中,确定与所述第一覆盖写频率对应的目标区域空间做进一步详细的说明:
一、至少一个区域空间包括第一区域空间和第二区域空间,则确定与所述第一覆盖写频率对应的目标区域空间包括:
判断所述第一覆盖写频率是否大于设定阈值,如果是,则确定所述第一区域空间为所述目标区域空间;否则,确定所述第二区域空间为所述目标区域空间。
二、至少一个区域空间包括多个区域空间,则确定与所述第一覆盖写频率对应的目标区域空间包括:
预先设置区域空间与覆盖写频率值之间的对应关系,例如,将可能出现的覆盖写频率值划分为多个区间,设置频率值区间与区域空间的对应关系;
确定第一覆盖写频率所在的第一频率值区间,然后根据频率值区间与区域空间之间的对应关系,确定第一频率值区间对应的区域空间为目标区域空间。
可选的,为了避免解决磁盘访问不均衡问题,对于第一区域空间和第二区域空间中的磁盘空间可以交替使用,具体实现可以是:
当从资源池中分配extent到所述第一区域空间或第二区域空间时,如果确定所述资源池中的任一extent是从所述第一区域空间中释放的,则将所述任一extent分配到所述第二区域空间中。
进一步,确定所述资源池中的任一extent是从所述第一区域空间中释放的包括:
获取所述任一extent对应的标签信息,根据所述标签信息确定释放所述任一extent的区域空间;其中,该标签信息用于表示回收所述任一extent时,释放所述任一extent的区域空间。
本发明通过提出一种基于覆盖写频度的空间分配方法,将不同访问频度的LBA区域分配不同的空间,避免了一个extent中出现访问频率不同从而导致的无法合并问题。
实施例二
结合具体的实例和附图(图4和图5所示)对本发明实施例所提的一种磁盘空间分配方法,作进一步详细的说明,具体包括:
步骤501,将LUN空间地址LBA按照固定长度划分成多个LBA分段,并实时统计每个LBA分段的覆盖写频度A;
对于每一个LBA地址(粒度一般为4K或8K)的写请求,需要向allocator申请对应大小的grain。Allocator首先会向pool申请extent(典型粒度2M或4M),再从extent中拆分grain进行分配。
在该实施例中,Allocator内部将空闲空间划分为冷(COLD)和热(HOT)两个区域(如图4所示,即实施例一中的第一区域空间和第二区域空间),每个extent添加到allocator时,根据两个区域的容量情况,可以将每个extent添加到两个区域中任意一个区域中。
步骤502,在接收到覆盖写申请grain时,判断该覆盖写申请所在的LBA分段的写频度A是否大于预设的阈值I,如果大于I,转入步骤503,否则,转入步骤504;
步骤503,说明盖写申请所在的LBA分段是频繁写区域,分配热区域空间给所述覆盖写申请:
步骤504,如果频度小于I,说明盖写申请所在的LBA分段对应冷区域,则优先分配冷区域空间给所述覆盖写申请。
覆盖写频度较高的LBA区域,由于分配的grain都来自于热区域,可以很快在覆盖写之后grain得以释放。在allocator中,释放回的grain可以很快合并为完整extent,grain会根据管理的空间情况,定期释放部分extent回pool。考虑到磁盘访问均衡,从热区域释放回的extent,后续再被添加到allocator时,可以优先添加到冷区域。
实施例三
如图6所示、本发明实施例还提供一种磁盘空间分配装置,该磁盘空间被划分为至少两个区域空间,该装置包括:
分段模块601,用于将LUN的逻辑区块地址LBA按照设定长度划分成多个LBA分段;
计算模块602,用于确定每个LBA分段对应的覆盖写频率;
可选的,该计算模块602具体用于根据设定时间段内每个LBA分段所对应的写请求次数确定每个LBA分段对应的覆盖写频率。
确定模块603,用于当接收到覆盖写操作申请可变长度小块磁盘空间grain的请求时,确定该覆盖写操作所在的第一LBA分段,获取所述第一LBA分段对应的第一覆盖写频率;
分配模块604,用于从所述至少两个区域空间中,确定与所述第一覆盖写频率对应的目标区域空间;并从所述目标区域空间中分配grain给所述覆盖写操作。
进一步,当至少一个区域空间包括第一区域空间和第二区域空间,该分配模块604具体用于判断所述第一覆盖写频率是否大于设定阈值,如果是,则确定所述第一区域空间为所述目标区域空间;否则,确定所述第二区域空间为所述目标区域空间。
为了避免解决磁盘访问不均衡的问题,对于第一区域空间和第二区域空间中的磁盘空间可以交替使用,所以该装置还包括:
资源分配模块,用于当从资源池中分配extent到所述第一区域空间或第二区域空间时,如果确定所述资源池中的任一extent是从所述第一区域空间中释放的,则将所述任一extent分配到所述第二区域空间中。
可选的,该资源分配模块具体用于获取所述任一extent对应的标签信息,根据所述标签信息确定释放所述任一extent的区域空间;其中,该标签信息用于表示回收所述任一extent时,释放所述任一extent的区域空间。
实施例四
如图7所示,本发明实施例还提供一种存储设备,该存储设备具体包括:
磁盘701,该磁盘的空间被划分为至少两个区域空间;
处理器702,用于将LUN的逻辑区块地址LBA按照设定长度划分成多个LBA分段;确定每个LBA分段对应的覆盖写频率;当接收到覆盖写操作申请可变长度小块磁盘空间grain的请求时,确定该覆盖写操作所在的第一LBA分段,获取所述第一LBA分段对应的第一覆盖写频率;从所述磁盘至少两个区域空间中,确定与所述第一覆盖写频率对应的目标区域空间;从所述目标区域空间中分配grain给所述覆盖写操作。
可选的,所述至少一个区域空间包括第一区域空间和第二区域空间,该处理器具体用于判断所述第一覆盖写频率是否大于设定阈值,如果是,则确定所述第一区域空间为所述目标区域空间;否则,确定所述第二区域空间为所述目标区域空间。
可选的,该处理器还用于当从资源池中分配extent到所述第一区域空间或第二区域空间时,如果确定所述资源池中的任一extent是从所述第一区域空间中释放的,则将所述任一extent分配到所述第二区域空间中。
可选的,处理器还用于获取所述任一extent对应的标签信息,根据所述标签信息确定释放所述任一extent的区域空间;其中,该标签信息用于表示回收所述任一extent时,释放所述任一extent的区域空间。
可选的,处理器具体用于计算模块具体用于根据设定时间段内每个LBA分段所对应的写请求次数确定每个LBA分段对应的覆盖写频率。
本申请实施例中的上述一个或多个技术方案,至少具有如下的技术效果:
本实施例所提供的方法及装置,首先将磁盘划分成了两个区域空间:第一区域空间和第二区域空间;每个预设空间中包括至少一个extent;进一步再根据每个LBA分段的覆盖写频率,将覆盖写频率高的grain请求分配到同一个区域空间,将覆盖写频率低的grain请求分配到另一个区域空间。从而使得覆盖写频率低的grain控制在一定的extent中,有效的减小了磁盘碎片出现的可能,从而确保磁盘空间集中分配和释放,有效避免了覆盖写频率不同导致的extent空间无法合并释放的问题。而且对于单LBA区域的空间,来自覆盖写频率相似的请求,所以空间连续性更好,读写效率更高
进一步,将第一区域空间和第二区域空间中的磁盘空间交替使用,从而避免解决磁盘访问不均衡问题。
本发明所述的方法并不限于具体实施方式中所述的实施例,本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其它的实施方式,同样属于本发明的技术创新范围。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (11)
1.一种磁盘空间分配方法,其特征在于,所述磁盘空间被划分为至少两个区域空间,该方法包括:
将逻辑单元号LUN的逻辑区块地址LBA按照设定长度划分成多个LBA分段;
确定每个LBA分段对应的覆盖写频率;
当接收到覆盖写操作申请可变长度小块磁盘空间grain的请求时,确定该覆盖写操作所在的第一LBA分段,获取所述第一LBA分段对应的第一覆盖写频率;
从所述至少两个区域空间中,确定与所述第一覆盖写频率对应的目标区域空间;
从所述目标区域空间中分配grain给所述覆盖写操作。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述至少一个区域空间包括第一区域空间和第二区域空间,则确定与所述第一覆盖写频率对应的目标区域空间包括:
判断所述第一覆盖写频率是否大于设定阈值,如果是,则确定所述第一区域空间为所述目标区域空间;否则,确定所述第二区域空间为所述目标区域空间。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,该方法进一步包括:
当从资源池中分配extent到所述第一区域空间或第二区域空间时,如果确定所述资源池中的任一extent是从所述第一区域空间中释放的,则将所述任一extent分配到所述第二区域空间中。
4.如权利要求3所述的方法,其特征在于,确定所述资源池中的任一extent是从所述第一区域空间中释放的,包括:
获取所述任一extent对应的标签信息,根据所述标签信息确定释放所述任一extent的区域空间;其中,该标签信息用于表示回收所述任一extent时,释放所述任一extent的区域空间。
5.如权利要求1~4任一所述的方法,其特征在于,所述LBA分段对应的覆盖写频率为设定时间段内每个LBA分段所对应的写请求次数。
6.一种磁盘空间分配装置,其特征在于,该磁盘空间被划分为至少两个区域空间,该装置包括:
分段模块,用于将逻辑单元号LUN的逻辑区块地址LBA按照设定长度划分成多个LBA分段;
计算模块,用于确定每个LBA分段对应的覆盖写频率;
确定模块,用于当接收到覆盖写操作申请可变长度小块磁盘空间grain的请求时,确定该覆盖写操作所在的第一LBA分段,获取所述第一LBA分段对应的第一覆盖写频率;
分配模块,用于从所述至少两个区域空间中,确定与所述第一覆盖写频率对应的目标区域空间;并从所述目标区域空间中分配grain给所述覆盖写操作。
7.如权利要求6所述的装置,其特征在于,所述至少一个区域空间包括第一区域空间和第二区域空间,所述分配模块具体用于判断所述第一覆盖写频率是否大于设定阈值,如果是,则确定所述第一区域空间为所述目标区域空间;否则,确定所述第二区域空间为所述目标区域空间。
8.如权利要求7所述的装置,其特征在于,该装置包括:
资源分配模块,用于当从资源池中分配extent到所述第一区域空间或第二区域空间时,如果确定所述资源池中的任一extent是从所述第一区域空间中释放的,则将所述任一extent分配到所述第二区域空间中。
9.如权利要求8所述的装置,其特征在于,资源分配模块具体用于获取所述任一extent对应的标签信息,根据所述标签信息确定释放所述任一extent的区域空间;其中,该标签信息用于表示回收所述任一extent时,释放所述任一extent的区域空间。
10.如权利要求6~9任一所述的装置,其特征在于,所述计算模块具体用于根据设定时间段内每个LBA分段所对应的写请求次数确定每个LBA分段对应的覆盖写频率。
11.一种存储设备,其特征在于,包括:
磁盘,该磁盘的空间被划分为至少两个区域空间;
处理器,用于将逻辑单元号LUN的逻辑区块地址LBA按照设定长度划分成多个LBA分段;确定每个LBA分段对应的覆盖写频率;当接收到覆盖写操作申请可变长度小块磁盘空间grain的请求时,确定该覆盖写操作所在的第一LBA分段,获取所述第一LBA分段对应的第一覆盖写频率;从所述磁盘的至少两个区域空间中,确定与所述第一覆盖写频率对应的目标区域空间;并从所述目标区域空间中分配grain给所述覆盖写操作。
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