CN107656830A - 一种全闪系统的健康巡检方法、系统及计算机设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种全闪系统的健康巡检方法、系统及计算机设备，该方法包括：当全闪系统距离上次进行健康巡检的时间，大于第一预设时间、小于第二预设时间时，判断所述全闪系统当前I/O带宽是否小于预设带宽；如果是，则对所述全闪系统的备电电路进行健康检测；如果否，则当所述全闪系统距离上次进行健康巡检的时间超过所述第二预设时间时，对所述全闪系统的备电电路进行健康检测。本发明提供的健康巡检方法，与现有技术相比，本方法能够明显降低对用户使用全闪系统的影响，实现SSD在全闪存阵列系统中进行健康巡检的同时，保证减少对用户体验的影响，确保系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及计算机存储技术领域，特别涉及一种全闪系统的健康巡检方法、系统及计算机设备。
背景技术
全闪存阵列，顾名思义，在存储系统中用固态硬盘(SSD)或其他闪存介质代替传统硬盘(HDD)。全闪存阵列相对于传统存储的最大优势在于，在单位体积的情况下，系统能够提供更大的数据存储容量、更高的IOPS、更低的延时响应；目前市面上企业级SSD在进行设计时，一般均会包含掉电保护功能；即SSD在系统异常掉电时，迅速切换到备电模块，使DRAM(Dynamic Random Access Memory，即动态随机存取存储器)中的Cache(缓存)刷新到NAND(NAND flash memory，计算机闪存设备)中；任何电子元器件都一定的生命周期，不论企业级SSD备电电路是如何设计的，其所使用的备电器件的寿命均会温度、纹波电流、额定电压等影响，为了保证系统的可靠性，需要定期对备电器件的存储电量做健康巡检。
通常在做SSD设计的过程中，其最小系统会包括控制器，DRAM和NAND Flash。由于DRAM是易失性存储介质，所以掉电后存放在DRAM中的数据就会消失，为了保证SSD系统的可靠性，需要考虑掉电保护设计，所以目前市面上绝大多数企业级的SSD都会在系统设计时考虑掉电保护功能，这样可以在异常掉电情况发生时，保证DRAM中的Cache数据能够刷新到NAND中，保证数据没有异常丢失，提高系统的可靠性。但是这种设计机制需要软件和硬件共同参与，而且在硬件设计中，需要进行电源管理和备电电路设计，根据板卡上DRAM容量的不同，异常掉电时刷Cache所需的时间长短不一，备电设计中的维持刷Cache的电量需要进行计算和考虑，还要定期对备电电路进行充放电检测，确保备电时间能够满足异常掉电过程中数据全部刷新到非易失存储介质NAND里面。
如果备电电路中存储电量的越多，对SSD的成本和设计难度就会增加；再有就是要考虑元器件的使用寿命，需要不定期的进行备电元器件的检测，相当于要对存储电量的元件进行充放电控制，由此可以得知在异常掉电过程中，其可以维持SSD系统能够将Cache中的数据刷到非易失存储介质的时间是否能够满足要求。
但在全闪存阵列中，一般都会配有十几到几十块的SSD用于存储数据，在进行SSD的备电电路健康巡检，这时为避免全闪阵列意外掉电，因而在SSD进行内部健康巡检时，要终止同上级的数据业务，这就影响到用户体验。
因此，如何采用实现SSD在全闪存阵列系统中进行健康巡检的同时，保证减少对用户体验的影响，确保系统的可靠性，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种全闪系统的健康巡检方法、系统及计算机设备，能够实现SSD在全闪存阵列系统中进行健康巡检的同时，保证减少对用户体验的影响，确保系统的可靠性。其具体方案如下：
第一方面，本发明提供一种全闪系统的健康巡检方法，包括：
当全闪系统距离上次进行健康巡检的时间，大于第一预设时间、小于第二预设时间时，判断所述全闪系统当前I/O(input/output，输入输出)带宽是否小于预设带宽；
如果是，则对所述全闪系统的备电电路进行健康检测；
如果否，则当所述全闪系统距离上次进行健康巡检的时间超过所述第二预设时间时，对所述全闪系统的备电电路进行健康检测。
优选地，所述预设带宽为所述全闪系统的10％带宽。
优选地，还包括：
记录本次健康巡检时间，以供下次健康巡检使用。
优选地，所述对所述全闪系统的备电电路进行健康检测，包括：
逐一对所述全闪系统的备电电路进行健康检测，直到所有备电电路被检测。
优选地，所述逐一对所述全闪系统的备电电路进行健康监测的过程中，任意两个备电电路进行健康检测的间隔时间不小于任一备电电路的健康检测时间。
优选地，所述健康检测时间由以下公式求得：
其中，所述t为健康检测时间，所述C为备电电路等效电容值，所述U1为备电电路充满电的电压值，所述U2为备电电路放电后的电压值，所述P为备电电路输出平均功率，所述RESR为备电电路的等效串联电阻。
第二方面，本发明提供一种全闪系统的健康巡检系统，包括：
带宽判断模块，用于当全闪系统距离上次进行健康巡检的时间，大于第一预设时间、小于第二预设时间时，判断所述全闪系统当前I/O带宽是否小于预设带宽；
第一健康检测模块，用于如果当全闪系统距离上次进行健康巡检的时间，大于第一预设时间、小于第二预设时间时，判断所述全闪系统当前I/O带宽小于预设带宽，则对所述全闪系统的备电电路进行健康检测；
第二健康检测模块，用于如果当全闪系统距离上次进行健康巡检的时间，大于第一预设时间、小于第二预设时间时，判断所述全闪系统当前I/O带宽不小于预设带宽，则当所述全闪系统距离上次进行健康巡检的时间超过所述第二预设时间时，对所述全闪系统的备电电路进行健康检测。
优选地，还包括：
时间记录模块，用于记录本次健康巡检时间，以供下次健康巡检使用。
优选地，所述第一健康检测模块和/或第二健康检测模块，包括：
逐一检测单元，用于逐一对所述全闪系统的备电电路进行健康检测，直到所有备电电路被健康检测。
第三方面，本发明提供一种计算机设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述任一种全闪系统的健康巡检方法的步骤。
本发明提供一种全闪系统的健康巡检方法，包括：当全闪系统距离上次进行健康巡检的时间，大于第一预设时间、小于第二预设时间时，判断所述全闪系统当前I/O带宽是否小于预设带宽；如果是，则对所述全闪系统的备电电路进行健康检测；如果否，则当所述全闪系统距离上次进行健康巡检的时间超过所述第二预设时间时，对所述全闪系统的备电电路进行健康检测。
本发明提供的健康巡检方法通过判断全闪系统的当前I/O带宽与预设带宽的关系来确定是否要进行备电电路的健康检测，如果当前的I/O带宽较小，那么进行备电电路的健康检测不会对用户使用全闪系统造成较大影响，如果当前的I/O带宽较大，那么就等待一段时间到第二预设时间，进行健康检测，以保证备电电路能够正常进行健康检测。与现有技术相比，本方法能够明显降低对用户使用全闪系统的影响，实现SSD在全闪存阵列系统中进行健康巡检的同时，保证减少对用户体验的影响，确保系统的可靠性。
本发明提供的一种全闪系统的健康巡检系统及计算机设备，也具有上述有益效果，在此不再赘述。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明第一种具体实施方式提供的一种全闪系统的健康巡检方法的流程图；
图2为本发明第一种具体实施方式提供的固态硬盘结构示意图；
图3为本发明第一种具体实施方式提供的电源管理示意图；
图4为本发明第二种具体实施方式提供的备电电路的电容放电简化示意图；
图5为本发明第三种具体实施方式所提供的一种全闪系统的健康巡检方法的流程图；
图6为本发明一种具体实施方式提供的一种全闪系统的健康巡检系统的组成示意图。
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做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。
请参考图1，图1为本发明第一种具体实施方式提供的一种全闪系统的健康巡检方法的流程图，该方法包括：
步骤S11：当全闪系统距离上次进行健康巡检的时间，大于第一预设时间、小于第二预设时间时，判断所述全闪系统当前I/O带宽是否小于预设带宽。
在本发明的第一种具体实施方式中，本发明具体实施例所提供的一种全闪系统的健康巡检方法，首先需要在特定时间判断当前的I/O带宽的大小是否小于预设带宽，因为用户在使用全闪系统时，会与全闪系统发生交互，这时就会产生通信数据包，占用全闪系统的I/O带宽，一般情况下，I/O带宽与用户对全闪系统的使用量呈正相关，这样判断当前的I/O带宽越小时，会全闪系统进行操作，就对用户的影响越小，影响到更少的用户使用该全闪系统。例如可以将预设带宽设定为所述全闪系统的10％带宽。
进一步地，上述的特定时间一般是在一个时间段内，可以每隔一定的时间比如说隔一分钟就判断一下当前带宽的小于与预设带宽的关系。例如，全球有24个时区，其中包含中时区，东一区至东十二区，西一区至西十二区，其中东西十二区共用，将时区这个输入条件定义为T(x)其中x＝[-12,12]；知道时间区，既而便知道了存储系统的系统时间，其可以通过存储系统第一次上电时运维人员进行设置；
更进一步地，为了设定第一预设时间，和第二预设时间，可以根据具体的全闪系统的情况来进行计算。例如，假定某存储系统I/O吞吐量为10G/s，当全天时段带宽<(10G/s)*10％的时候，可以认为此时为全天业务较小时间段；健康巡检的时间间隔定义受制于SSD的寿命，一般企业级SSD的寿命均为5年，存储系统一般针对客户进行的质保时间也为5年，因而可以假设5年当中存储系统为24小时不间断运行，那么系统总运行时间可以得出为43800小时；因而可以定义在5年当中，共进行365*5＝1825次健康状态监测，其中健康巡检的时间间隔以24小时为中心，时间段可以在正负6小时误差范围之内，即每次健康巡检的时间间隔为18～30小时，定义为C(g)，其中18<g<30，单位为小时。
需要指出的是，如果系统第一次运行，那么可以设定特定的时间段为首次运行的第一预设时间到第二预设时间之间，但是这不是全闪系统的运行常态，在常规运行中一般系统已经进行过健康检测，可以记录本次健康巡检时间，以供下次健康巡检使用。
步骤S12：如果是，则对所述全闪系统的备电电路进行健康检测。
如果当全闪系统距离上次进行健康巡检的时间，大于第一预设时间、小于第二预设时间时，判断所述全闪系统当前I/O带宽小于预设带宽，则对所述全闪系统的备电电路进行健康检测。全闪系统一般包含多个SSD，SSD所处系统的槽位号一般可以定义为ID(y),其中y由存储系统决定，可以假定存储系统共有24个槽位，那么y＝[0～23]；全天业务较小时间段此变量可以这样进行定义I/O(a)，其中I/O代表的是存储系统的带宽，不同的系统I/O带宽也不尽相同，当I/O带宽较小是，可以对上述编号的SSD发出备电电路进行健康检测的指令，以启动健康检测。
请参考图2、图3，图2为本发明第一种具体实施方式提供的固态硬盘结构示意图；图3为本发明第一种具体实施方式提供的电源管理示意图。
在固态硬盘中，包括两个部分，硬盘本体201和电源202，电源202对硬盘本体201进行供电，以支持硬盘对外正常工作。当固态硬盘主电源掉电后，会通过电源管理芯片上报一个中断给ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专门目的而设计的集成电路)，触发掉电保护流程，利用备电电路提供的电量，迅速将DRAM中的数据刷新到NAND中，保证数据不丢失，再次上电时，系统能正常工作。
步骤S13：如果否，则当所述全闪系统距离上次进行健康巡检的时间超过所述第二预设时间时，对所述全闪系统的备电电路进行健康检测。
当系统启动后，第一次配置完，知道了当地的时区，存储系统开始运行，在正常运行第一预设时间后，例如18个小时后，开始检测I/O带宽，如果I/O带宽小于预设带宽，例如10％带宽，就可以进行健康巡检；当IO带宽>10％时，继续正常运行，等待I/O带宽小于10％带宽的出现。可是系统也有可能一直处于比较繁忙的状态，例如正常运行30小时后，还未出现I/O带宽小于10％带宽的情形，那么这时就需要特别对待，强制进行健康巡检流程，以保证备电电路的健康。虽然这时进行健康巡检会影响到用户体验，但是这并不是系统的运行的常态，按照一天二十四个小时，用户总是要休息的，系统一直这时系统对备电电路进行健康巡检。所以，强制进行健康巡检是一个小概率事件。
在本发明的第二种具体实施方式中，在第一种具体实施方式的基础上，对全闪系统如何进行健康检测进行进一步的阐述。
在本发明的第二种具体实施方式中，由于备电电路有多个，如果同一时间对备电电路进行检测，即使该全闪系统的I/O较小，用户也较少，也可能会影响到这些用户的使用，这时就可以逐一对所述全闪系统的备电电路进行健康检测，直到所有备电电路被检测。
进一步地，为了在同一时间只有一个备电电路在进行健康检测，可以设定逐一对所述全闪系统的备电电路进行健康监测的过程中，任意两个备电电路进行健康检测的间隔时间不小于任一备电电路的健康检测时间。这样就可以很大程度上降低对用户体验的影响。
这时，就需要得到备电电路进行健康检测所耗费的时间。可以通过以下方法进行获取，存储系统使用时，通过主机对其后端下挂的SSD发送指令，让其进行异常掉电保护检测，其检测完毕后向主机发送一条完成命令，从发送给SSD指令到其应答完成这个时间可以通过主机中的定时器进行记录，从而得到一个存储系统正常工作时单个SSD在进行健康巡检时所需要的时间，也就是备电电路进行健康检测所耗费的时间，从而得到备电电路的健康检测时间。
请参考图4，图4为本发明第二种具体实施方式提供的备电电路的电容放电简化示意图。
当然，也可以通过自行计算的方式获得备电电路的健康检测时间，假设SSD为我们自己设计的，其内部的备电存储元件是一个容值比较大的电容，那么电容放电过程可简化如下图4所示，其中RESR为电容的等效串联电阻，
根据能量守恒，有如下关系：
上式左边第一项为电容从电压U1降到U2所释放的能量，右边第一项为电容的RESR所消耗的能量，第二项为系统功耗。μ为电源效率。
电容作为系统备用电源使用时，其放电过程并非自由放电，自由放电的约束条件是电容两端的电压与电流的比值为定值，而作为电源使用时，其约束条件为电压与电流的乘积为定值(系统功率)，因此电压和电流的变化曲线可能并非指数关系，需要首先建立电流的变化曲线。
理想情况下，RESR＝0，那么，根据
在时间t，电容两端电压为：
因此，
将上式带入式(1)得到：
进而，可以求得备电电路的健康检测时间t，所述C为备电电路等效电容值，所述U1为备电电路充满电的电压值，所述U2为备电电路放电后的电压值，所述P为备电电路输出平均功率，所述RESR为备电电路的等效串联电阻。
当然，除了上述求解方式之外，一般存储系统配置的SSD的规格书中均有掉电保护时间的说明，进而知道了备电电路的健康检测时间t的数值为多少。
请参考图5，图5为本发明第三种具体实施方式所提供的一种全闪系统的健康巡检方法的流程图。
在本实施例中，存储系统上电运行后，当运行时间小于18小时，则继续运行，当运行时间在18小时到30小时之间时，可以检测系统的当前I/O带宽，如果当前I/O带宽小于10％的系统带宽，可以启动备电电路的健康巡检，对于多个固态硬盘可以采用编号的形式，逐个的启动每个固态硬盘的备电电路的健康检测，启动的间隔时间可以采用备电电路进行一次健康检测的时间t。
值得指出的是，当系统的I/O带宽一直大于10％的系统带宽，可以在超过一定时间，例如30小时后，强制进行健康巡检。
请参考图6，图6为本发明一种具体实施方式提供的一种全闪系统的健康巡检系统的组成示意图。
本发明提供一种全闪系统的健康巡检系统600，包括：
带宽判断模块601，用于当全闪系统距离上次进行健康巡检的时间，大于第一预设时间、小于第二预设时间时，判断所述全闪系统当前I/O带宽是否小于预设带宽；
第一健康检测模块602，用于如果当全闪系统距离上次进行健康巡检的时间，大于第一预设时间、小于第二预设时间时，判断所述全闪系统当前I/O带宽小于预设带宽，则对所述全闪系统的备电电路进行健康检测；
第二健康检测模块603，用于如果当全闪系统距离上次进行健康巡检的时间，大于第一预设时间、小于第二预设时间时，判断所述全闪系统当前I/O带宽不小于预设带宽，则当所述全闪系统距离上次进行健康巡检的时间超过所述第二预设时间时，对所述全闪系统的备电电路进行健康检测。
优选地，该健康巡检系统600还包括：
时间记录模块604，用于记录本次健康巡检时间，以供下次健康巡检使用。
优选地，所述第一健康检测模块和/或第二健康检测模块，包括：
逐一检测单元，用于逐一对所述全闪系统的备电电路进行健康检测，直到所有备电电路被健康检测。
本发明提供一种计算机设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述具体实施方式中所述任一种全闪系统的健康巡检方法的步骤。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种全闪系统的健康巡检方法、系统及计算机设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种全闪系统的健康巡检方法，其特征在于，包括：
当全闪系统距离上次进行健康巡检的时间，大于第一预设时间、小于第二预设时间时，判断所述全闪系统当前I/O带宽是否小于预设带宽；
如果是，则对所述全闪系统的备电电路进行健康检测；
如果否，则当所述全闪系统距离上次进行健康巡检的时间超过所述第二预设时间时，对所述全闪系统的备电电路进行健康检测。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设带宽为所述全闪系统的10％带宽。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
记录本次健康巡检时间，以供下次健康巡检使用。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述对所述全闪系统的备电电路进行健康检测，包括：
逐一对所述全闪系统的备电电路进行健康检测，直到所有备电电路被检测。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述逐一对所述全闪系统的备电电路进行健康监测的过程中，任意两个备电电路进行健康检测的间隔时间不小于任一备电电路的健康检测时间。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述健康检测时间由以下公式求得：
<mrow>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<mn>2</mn>
</mfrac>
<mi>C</mi>
<mo>*</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msubsup>
<mi>U</mi>
<mn>1</mn>
<mn>2</mn>
</msubsup>
<mo>-</mo>
<msubsup>
<mi>U</mi>
<mn>2</mn>
<mn>2</mn>
</msubsup>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mi>P</mi>
<mo>*</mo>
<mi>C</mi>
<mo>*</mo>
<msub>
<mi>R</mi>
<mrow>
<mi>E</mi>
<mi>S</mi>
<mi>R</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
<mn>2</mn>
</mfrac>
<mi>l</mi>
<mi>n</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>C</mi>
<mo>*</mo>
<msubsup>
<mi>U</mi>
<mn>1</mn>
<mn>2</mn>
</msubsup>
<mo>-</mo>
<mn>2</mn>
<mi>P</mi>
<mo>*</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>+</mo>
<mi>P</mi>
<mo>*</mo>
<mi>t</mi>
<mo>,</mo>
</mrow>
其中，所述t为健康检测时间，所述C为备电电路等效电容值，所述U1为备电电路充满电的电压值，所述U2为备电电路放电后的电压值，所述P为备电电路输出平均功率，所述RESR为备电电路的等效串联电阻。
7.一种全闪系统的健康巡检系统，其特征在于，包括：
带宽判断模块，用于当全闪系统距离上次进行健康巡检的时间，大于第一预设时间、小于第二预设时间时，判断所述全闪系统当前I/O带宽是否小于预设带宽；
第一健康检测模块，用于如果当全闪系统距离上次进行健康巡检的时间，大于第一预设时间、小于第二预设时间时，判断所述全闪系统当前I/O带宽小于预设带宽，则对所述全闪系统的备电电路进行健康检测；
第二健康检测模块，用于如果当全闪系统距离上次进行健康巡检的时间，大于第一预设时间、小于第二预设时间时，判断所述全闪系统当前I/O带宽不小于预设带宽，则当所述全闪系统距离上次进行健康巡检的时间超过所述第二预设时间时，对所述全闪系统的备电电路进行健康检测。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括：
时间记录模块，用于记录本次健康巡检时间，以供下次健康巡检使用。
9.根据权利要求7或8所述的系统，其特征在于，所述第一健康检测模块和/或第二健康检测模块，包括：
逐一检测单元，用于逐一对所述全闪系统的备电电路进行健康检测，直到所有备电电路被健康检测。
10.一种计算机设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述一种全闪系统的健康巡检方法的步骤。
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