CN109857337B - 一种写入速度控制方法、系统、装置及可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种写入速度控制方法，为避免主机写入操作的写入速度挤占垃圾回收操作的写入速度，本申请基于固态硬盘本身的实时剩余存储空间来做是否应该降低主机写入速度的判断，以通过主动限制主机写入操作的方式来保障有足够的剩余写入速度分配给垃圾回收操作，以使垃圾回收操作在正常的写入速度下维持固态硬盘的剩余存储空间，以防止因剩余存储空间不足导致的主机写入速度出现断崖式的降低，进而更好的保障固态硬盘读写性能的一致性。本申请还同时公开了一种写入速度控制系统、装置及计算机可读存储介质，具有上述有益效果。

Description

一种写入速度控制方法、系统、装置及可读存储介质

技术领域

本申请涉及固态硬盘性能一致性技术领域，特别涉及一种写入速度控制方法、系统、装置及计算机可读存储介质。

背景技术

随着互联网、云计算、物联网、大数据等技术的发展及广泛应用，在人类生活中，时时刻刻都会产生海量的数据，这些海量的数据需要进行处理和存储，信息技术的告诉发展对存储系统的性能提出了更高的要求。固态硬盘因为其读写速度快、能耗低，而被广泛的应用。

当前固态硬盘使用的场景变得越来越复杂，对固态硬盘的要求也越来越高，无论从性能还是稳定性上都有着严格的标准，最重要的一方面就是读写性能的一致性要求。即在固态硬盘的使用过程中，是不允许读写性能发生突变的，因为这将导致应用无法按预期的读写性能向固态硬盘下发读写指令，进而给应用的运行带来很多不必要的麻烦。因此，如何保证固态硬盘读写性能的一致性成为了固态硬盘固件研究的一个重要课题。

当前固态硬盘的设计中，影响固态硬盘性能一致性的重要因素就是，固件不能很好的平衡来自主机的写入操作和执行垃圾回收的写入操作，当主机写入操作的写入速度较快时，由于固态硬盘的总写入速度固定，就会抢占部分用于执行垃圾回收操作的写入速度，使得垃圾回收操作的执行速度变慢，而垃圾回收的效率降低则将导致固态硬盘的可用存储空间快速下降，最终会使主机写入操作会因没有足够的可用存储空间被迫降速，使得主机写入速度读在极短时间内发生断崖式的降低甚至在极端情况降低至零。此种现象的出现不仅对于固态硬盘本身，也会对上层应用和操作系统产生极大的影响。

因此，如何克服现有技术在固态硬盘读写性能一致性方面存在的技术缺陷，提供一种读写性能一致性更高的写入速度控制方案是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种写入速度控制方法，为避免主机写入操作的写入速度挤占垃圾回收操作的写入速度，本申请基于固态硬盘本身的实时剩余存储空间来做是否应该降低主机写入速度的判断，以通过主动限制主机写入操作的方式来保障有足够的剩余写入速度分配给垃圾回收操作，以使垃圾回收操作在正常的写入速度下维持固态硬盘的剩余存储空间，以防止因剩余存储空间不足导致的主机写入速度出现断崖式的降低，进而更好的保障固态硬盘读写性能的一致性。

本申请的另一目的在于提供了一种写入速度控制系统、装置及计算机可读存储介质。

为实现上述目的，本申请提供一种写入速度控制方法，该方法包括：

获取目标固态硬盘当前的剩余存储空间；

判断所述剩余存储空间是否小于第一阈值；

若所述剩余存储空间小于所述第一阈值，则降低主机写入操作的写入速度，并同时调高垃圾回收操作的写入速度。

可选的，该写入速度控制方法还包括：

当所述剩余存储空间不小于所述第一阈值时，则保持所述主机写入操作和所述垃圾回收操作的写入速度不变。

可选的，该写入速度控制方法还包括：

判断所述剩余存储空间是否小于第二阈值；其中，所述第二阈值小于所述第一阈值；

若所述剩余存储空间小于所述第二阈值，则停止执行所述主机写入操作。

可选的，降低主机写入操作的写入速度，包括：

根据所述剩余存储空间与所述第一阈值的差值大小，确定所述主机写入操作的写入速度的降低幅度。

为实现上述目的，本申请还提供了一种写入速度控制系统，该系统包括：

剩余存储空间获取单元，用于获取目标固态硬盘当前的剩余存储空间；

第一阈值判断单元，用于判断所述剩余存储空间是否小于第一阈值；

写入速度调整单元，用于当所述剩余存储空间小于所述第一阈值时，降低主机写入操作的写入速度，并同时调高垃圾回收操作的写入速度。

可选的，该写入速度控制系统还包括：

写入速度维持单元，用于当所述剩余存储空间不小于所述第一阈值时，则保持所述主机写入操作和所述垃圾回收操作的写入速度不变。

可选的，该写入速度控制系统还包括：

第二阈值判断单元，用于判断所述剩余存储空间是否小于第二阈值；其中，所述第二阈值小于所述第一阈值；

主机写入操作停止单元，用于当所述剩余存储空间小于所述第二阈值时，停止执行所述主机写入操作。

可选的，所述写入速度调整单元包括：

写入速度平滑调整子单元，用于根据所述剩余存储空间与所述第一阈值的差值大小，确定所述主机写入操作的写入速度的降低幅度。

为实现上述目的，本申请还提供了一种写入速度控制装置，该装置包括：

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内容所描述的写入速度控制方法。

为实现上述目的，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述内容所描述的写入速度控制方法。

显然，本申请所提供的一种写入速度控制方法，为避免主机写入操作的写入速度挤占垃圾回收操作的写入速度，本申请基于固态硬盘本身的实时剩余存储空间来做是否应该降低主机写入速度的判断，以通过主动限制主机写入操作的方式来保障有足够的剩余写入速度分配给垃圾回收操作，以使垃圾回收操作在正常的写入速度下维持固态硬盘的剩余存储空间，以防止因剩余存储空间不足导致的主机写入速度出现断崖式的降低，进而更好的保障固态硬盘读写性能的一致性。

本申请同时还提供了一种写入速度控制系统、装置及计算机可读存储介质，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申请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申请的实施例，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为本申请实施例提供的一种写入速度控制方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的另一种写入速度控制方法的流程图；

图3为本申请实施例提供的一种主机写入操作的写入速度与剩余存储空间之间的关系的折线图；

图4为本申请实施例提供的一种写入速度控制方法的结构框图；

图5为本申请实施例提供的另一种写入速度控制方法的结构框图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种写入速度控制方法、系统、装置及计算机可读存储介质，为避免主机写入操作的写入速度挤占垃圾回收操作的写入速度，本申请基于固态硬盘本身的实时剩余存储空间来做是否应该降低主机写入速度的判断，以通过主动限制主机写入操作的方式来保障有足够的剩余写入速度分配给垃圾回收操作，以使垃圾回收操作在正常的写入速度下维持固态硬盘的剩余存储空间，以防止因剩余存储空间不足导致的主机写入速度出现断崖式的降低，进而更好的保障固态硬盘读写性能的一致性。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

请参见图1，图1为本申请实施例提供的一种写入速度控制方法的流程图，需要说明的是，本实施例下述各步骤的执行主体均为写入速度控制装置，该写入速度控制装置可以作为目标设备的一部分或者固态硬盘的一部分具体存在，此处并不做具体限定，只要其能够完成下述各步骤的执行即可，其包括以下步骤：

S101：获取目标固态硬盘当前的剩余存储空间；

本步骤旨在获取目标固态硬盘当前的剩余存储空间，目标固态硬盘为负责响应主机写入操作的固态硬盘，而当前的剩余空间即为当前的未被占用、可执行写操作的存储空间。

进一步的，为了加强基于剩余存储空间来对主机写入操作的写入速度的调整灵敏度，还可以将本步骤设置为周期性的执行，即每隔预设时间间隔就执行一次当前剩余存储空间获取操作，且考虑到数据写入的变化情况，还可以将该预设时间间隔具体设置为毫秒级，以期通过时长更短的周期来精确的捕捉到剩余存储空间的最新数值。

S102：判断剩余存储空间是否小于第一阈值；

在S101的基础上，本步骤旨在将获取到的即时的剩余存储空间与预设的第一阈值进行比较，其中，该第一阈值是为了充分保障目标固态硬盘不至于因垃圾回收操作的写入速度被挤占而导致剩余存储空间快速减少而设立的一个提示性的标志，以期通过该第一阈值来针对性的对主机写入操作的写入速度进行控制。该第一阈值的具体参数或占总存储空间的具体比例还需要结合实际应用场景中的各种影响因素灵活制定，此处并不做具体限定。

S103：降低主机写入操作的写入速度，并同时调高垃圾回收操作的写入速度；

本步骤建立在S102的判断结果为当前的剩余存储空间小于该第一阈值的基础上，说明如果不做任何调控，目标固态硬盘的剩余存储空间将会像背景技术描述的那样会因垃圾回收操作的写入速度被挤占而快速减少，因此为了防止这种情况出现，本步骤将在确定当前的剩余存储空间小于该第一阈值时，主动降低主机写入操作的写入速度，并同时调高垃圾回收操作的写入速度，以期通过主动介入的写入速度平衡措施来降低剩余存储空间的减少速度。

需要说明的是，由于固态硬盘根据其采用的存储介质的材料不同，其都存在写入速度的上限，而占用写入速度又通常只有主机写入操作和垃圾回收操作，因此在不单独为这两项设置各自的写入速度上限时，单方面降低其中一个操作的写入速度，将直接导致另一个操作的写入速度增加，以使得两种操作的写入速度的综合维持不变。

进一步的，通常情况下，在经过本步骤对主机写入速度的调整后，伴随着主机写入操作的写入速度的降低、垃圾回收操作的写入速度的提高，会使得目标固态硬盘的剩余存储空间缓慢的降低或者逐渐维持不变，当仍缓慢降低时，还可以根据当前的剩余存储空间与该第一预设阈值的差值大小来逐步增大对主机写入操作的写入速度的降低程度，以通过增大降低程度(等效于进一步缩减主机写入操作的写入速度上限)的方式来改变剩余存储空间的降低问题。

随着与剩余存储空间的减少成反比增大的写入速度降低程度，将进一步的保障目标固态硬盘的剩余存储空间得到回升，以基本消除因剩余存储空间极低时迫使主机写入操作的写入速度出现断崖式降低的问题，但在特殊情况或异常情况下，垃圾回收操作的写入速度没有随着主机写入操作的写入速度的降低而增加时，将依然导致剩余存储空间的减少，直至达到一个比较危险的值。针对此情况，可以依然贯彻先前的增大减低程度的方式，使得主机写入操作的写入速度平缓的降低为零，并在此过程中不断寻求改善垃圾回收操作异常现状的方式，使其摆脱当前的现状。

S104：不做任何操作。

本步骤建立在S102的判断结果为当前的剩余存储空间不小于第一阈值的基础上，说明目标固态硬盘当前的剩余存储空间还较为充足，是能够满足短时间内主机写入操作以达到预设写入速度上限的写入速度执行的，且不会存在剩余存储空间快速降低进而引发的主机写入速度断崖式降低的问题，因此无需对当前的主机写入操作和垃圾回收操作的写入速度做任何调整，即在相对于S103的另一支中无需进行调控。

进一步的，在本步骤所处的场景下，若接收到的主机写入速度要求的写入速度未达到预设写入速度上限，还可以根据实际情况对其写入速度进行调整，也可以就按照其要求的写入速度来进行。

基于上述技术方案，本申请实施例提供的一种写入速度控制方法，为避免主机写入操作的写入速度挤占垃圾回收操作的写入速度，本申请基于固态硬盘本身的实时剩余存储空间来做是否应该降低主机写入速度的判断，以通过主动限制主机写入操作的方式来保障有足够的剩余写入速度分配给垃圾回收操作，以使垃圾回收操作在正常的写入速度下维持固态硬盘的剩余存储空间，以防止因剩余存储空间不足导致的主机写入速度出现断崖式的降低，进而更好的保障固态硬盘读写性能的一致性。

实施例二

请参见图2，图2为本申请实施例提供的另一种写入速度控制方法的流程图，本实施例在实施例一的基础上，在第一阈值的基础上，还引入了对第二阈值的判断，以进一步的提供一种当目标固态硬盘的剩余存储空间降低至一个危险情况时的调控方案，从而进一步保障固态硬盘的读写性能的一致性，包括以下步骤：

S201：获取目标固态硬盘当前的剩余存储空间；

S202：判断剩余存储空间是否小于第一阈值；

S203：判断剩余存储空间是否小于第二阈值；

本步骤建立在S202的判断结果为剩余存储空间小于第一阈值的基础上，旨在进一步判断该剩余存储空间是不是也小于第二阈值，其中，该第二阈值小于第一阈值，对应于实施例一S103中给出的当垃圾回收操作的写入速度未随着主机写入操作的写入速度的降低而增加时的情况，导致的剩余存储空间为得到很好的恢复而出现的仍然不断降低的问题。

S204：降低主机写入操作的写入速度，并同时调高垃圾回收操作的写入速度；

本步骤建立在S203的判断结果为剩余存储空间不小于第二阈值的基础上，说明没有异常发生或者还未侦测到异常发生，将按照正常的调控方式进行，即降低主机写入操作的写入速度，并同时调高垃圾回收操作的写入速度。

S205：停止执行主机写入操作；

本步骤建立在S203的判断结果为剩余存储空间不小于第二阈值的基础上，说明确实有异常发生，由于剩余存储空间并未经S204的处理得到回升，因此将停止执行主机写入操作。进一步的，还可以向主机端反馈垃圾收回操作出现的异常现象，以及时的解决该异常现象。

S206：保持主机写入操作和垃圾回收操作的写入速度不变。

本步骤建立在S202的判断结果为判断剩余存储空间不小于第一阈值的基础上，说明目标固态硬盘当前的剩余存储空间还较为充足，是能够满足短时间内主机写入操作以达到预设写入速度上限的写入速度执行的，且不会存在剩余存储空间快速降低进而引发的主机写入速度断崖式降低的问题，因此保持主机写入操作和垃圾回收操作的写入速度不变即可。

为了方便理解，还请参见如图3所示的主机写入操作的写入速度与剩余存储空间之间的关系的折线图，图3显示了主机写入操作的写入速度将随着剩余存储空间的不断减少而不断增大限制力度，使其写入速度逐渐降低。其中，C点指目标固态硬盘总共拥有的存储空间，B点等效于上述实施例中提及的第一阈值，A点等效于上述实施例中提及的第二阈值，X点等效于为主机写入速度预设的写入速度上限，即在目标固态硬盘的存储空间不小于B点对应的存储空间时，允许主机写入操作的写入速度以X点对应的写入速度写入数据，但在小于B点对应的存储空间时，开始逐步抑制主机写入操作的写入速度，直至当剩余存储空间缩减至A点时将主机写入操作的写入速度抑制为零。

需要说明的是，通常情况下，按照本申请所提供的技术方案，不会出现剩余存储空间缩减至A点的现象，因为随着对主机写入操作的写入速度的逐步抑制，将会使得垃圾回收操作的写入速度逐步增大，最终实现存储空间占用和恢复相平衡，仅当垃圾回收操作执行异常时，会导致上述现象的发生。

在存储空间其中，缓冲空间(即图3中0至A点间所指的存储空间)是指为执行垃圾回收操作所预留的必要的存储空间，因为垃圾回收操作是通过将垃圾数据搬移至其它地方来实现剩余空间的增加的，因此需要为垃圾回收操作的执行预留部分存储空间。

因为情况复杂，无法一一列举进行阐述，本领域技术人员应能意识到根据本申请提供的基本方法原理结合实际情况可以存在很多的例子，在不付出足够的创造性劳动下，应均在本申请的保护范围内。

实施例三

下面请参见图4，图4为本申请实施例提供的一种写入速度控制系统的结构框图，该写入速度控制系统可以包括：

剩余存储空间获取单元100，用于获取当前的剩余存储空间；

第一阈值判断单元200，用于判断剩余存储空间是否小于第一阈值；

写入速度调整单元300，用于当剩余存储空间小于第一阈值时，降低主机写入操作的写入速度，并同时调高垃圾回收操作的写入速度。

进一步的，该写入速度控制系统还可以包括：

写入速度维持单元，用于当剩余存储空间不小于第一阈值时，则保持主机写入操作和垃圾回收操作的写入速度不变。

更进一步的，该写入速度控制系统还可以包括：

第二阈值判断单元，用于判断剩余存储空间是否小于第二阈值；其中，第二阈值小于第一阈值；

主机写入操作停止单元，用于当剩余存储空间小于第二阈值时，停止执行主机写入操作，并将垃圾回收操作的写入速度调至预设写入速度上限。

其中，该写入速度调整单元300可以包括：

写入速度平滑调整子单元，用于根据剩余存储空间与第一阈值的差值大小，确定主机写入操作的写入速度的降低幅度。

基于上述实施例，本申请还提供了一种写入速度控制装置，该装置可以包括存储器和处理器，其中，该存储器中存有计算机程序，该处理器调用该存储器中的计算机程序时，可以实现上述实施例所提供的步骤。当然，该装置还可以包括各种必要的网络接口、电源以及其它零部件等。

本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，该计算机程序被执行终端或处理器执行时可以实现上述实施例所提供的步骤。该存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

本文中应用了具体个例对本申请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申请的方法及其核心思想。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，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”或者其任何其它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它要素，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，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (8)

1.一种写入速度控制方法，其特征在于，包括：

获取目标固态硬盘当前的剩余存储空间；

判断所述剩余存储空间是否小于第一阈值；

若所述剩余存储空间小于所述第一阈值，则降低主机写入操作的写入速度，并同时调高垃圾回收操作的写入速度；

降低主机写入操作的写入速度，包括：

根据所述剩余存储空间与所述第一阈值的差值大小，确定所述主机写入操作的写入速度的降低幅度，所述差值大小增大时，所述主机写入操作的写入速度的降低幅度增大，所述主机写入操作的写入速度与所述垃圾回收操作的写入速度的总和保持不变。

2.根据权利要求1所述的写入速度控制方法，其特征在于，还包括：

当所述剩余存储空间不小于所述第一阈值时，则保持所述主机写入操作和所述垃圾回收操作的写入速度不变。

3.根据权利要求1所述的写入速度控制方法，其特征在于，还包括：

判断所述剩余存储空间是否小于第二阈值；其中，所述第二阈值小于所述第一阈值；

若所述剩余存储空间小于所述第二阈值，则停止执行所述主机写入操作。

4.一种写入速度控制系统，其特征在于，包括：

剩余存储空间获取单元，用于获取目标固态硬盘当前的剩余存储空间；

第一阈值判断单元，用于判断所述剩余存储空间是否小于第一阈值；

写入速度调整单元，用于当所述剩余存储空间小于所述第一阈值时，降低主机写入操作的写入速度，并同时调高垃圾回收操作的写入速度；

所述写入速度调整单元包括：

写入速度平滑调整子单元，用于根据所述剩余存储空间与所述第一阈值的差值大小，确定所述主机写入操作的写入速度的降低幅度，所述差值大小增大时，所述主机写入操作的写入速度的降低幅度增大，所述主机写入操作的写入速度与所述垃圾回收操作的写入速度的总和保持不变。

5.根据权利要求4所述的写入速度控制系统，其特征在于，还包括：

写入速度维持单元，用于当所述剩余存储空间不小于所述第一阈值时，则保持所述主机写入操作和所述垃圾回收操作的写入速度不变。

6.根据权利要求4所述的写入速度控制系统，其特征在于，还包括：

第二阈值判断单元，用于判断所述剩余存储空间是否小于第二阈值；其中，所述第二阈值小于所述第一阈值；

主机写入操作停止单元，用于当所述剩余存储空间小于所述第二阈值时，停止执行所述主机写入操作。

7.一种写入速度控制装置，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3任一项所述的写入速度控制方法。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3任一项所述的写入速度控制方法。

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