CN110413198B - 用于管理存储系统的方法、设备和计算机程序产品 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种用于管理存储系统的方法、设备和计算机程序产品。根据本公开的示例性实现，获取与存储系统相关联的存储资源池中的多个存储设备中的相应存储设备的状态信息，状态信息指示相应存储设备的磨损水平以及相应存储设备中的空闲空间；响应于接收到从存储资源池向存储系统分配存储空间的请求，基于相应存储设备的磨损水平和空闲空间，确定相应存储设备中的相应可用空间，相应可用空间表示相应存储设备中的对于存储系统的可分配的存储空间；基于相应可用空间，从多个存储设备中选择一组存储设备；从一组存储设备中的可用空间中向存储系统分配请求的存储空间。由此，可以平衡资源池中的各个存储设备的磨损水平，进而提高资源池的整体寿命。

Description

用于管理存储系统的方法、设备和计算机程序产品
技术领域
本公开的各实现方式涉及存储管理，更具体地，涉及用于管理存储系统(例如，独立磁盘冗余阵列(Redundant Array of Independent Disks，RAID))的方法、设备和计算机程序产品。
背景技术
随着数据存储技术的发展，各种数据存储设备已经能够向用户提供越来越高的数据存储能力，并且数据访问速度也有了很大程度的提高。在提高数据存储能力的同时，用户对于数据可靠性和存储系统的响应时间也提供了越来越高的需求。目前，已经开发出了基于冗余磁盘阵列的多种数据存储系统来提高数据的可靠性。当存储系统中的一个或者多个磁盘出现故障时，可以从其他正常操作的磁盘上的数据来恢复出故障磁盘中的数据。
目前已经开发出了映射独立磁盘冗余阵列(Mapped RAID)。在该映射RAID中，磁盘是一个逻辑概念并且可以包括多个区块(extent)。一个逻辑磁盘中包括的多个区块可以分布在资源池中的不同物理存储设备上。对于映射RAID的一个条带中的多个区块而言，该多个区块应当分布在不同的物理存储设备上，以便当该多个区块中的一个区块所在的物理存储设备出现故障时，可以执行重建操作以便从其他区块所在的物理存储设备中恢复数据。
将会理解，由于资源池中的各个存储设备投入使用的时间以及使用状态等存在差异，因而各个存储设备的磨损水平可能是不同的。如何平衡资源池中的各个存储设备的磨损水平，进而提高资源池的整体使用寿命，成为一个技术难题。
发明内容
因而，期望能够开发并实现一种以更为有效的方式来管理存储系统的技术方案。期望该技术方案能够与现有的存储系统相兼容，并且通过改造现有存储系统的各种配置，来以更为有效的方式管理存储系统。
根据本公开的第一方面，提供了一种用于管理存储系统的方法。该方法包括：获取与存储系统相关联的存储资源池中的多个存储设备中的相应存储设备的状态信息，状态信息指示相应存储设备的磨损水平以及相应存储设备中的空闲空间；响应于接收到从存储资源池向存储系统分配存储空间的请求，基于相应存储设备的磨损水平和空闲空间，确定相应存储设备中的相应可用空间，相应可用空间表示相应存储设备中的对于存储系统的可分配的存储空间；基于相应可用空间，从多个存储设备中选择一组存储设备；以及从一组存储设备中的可用空间中向存储系统分配请求的存储空间。
根据本公开的第二方面，提供了一种用于管理存储系统的设备，包括：至少一个处理器；易失性存储器；以及与至少一个处理器耦合的存储器，存储器具有存储于其中的指令，指令在被至少一个处理器执行时使得设备执行动作。该动作包括：获取与存储系统相关联的存储资源池中的多个存储设备中的相应存储设备的状态信息，状态信息指示相应存储设备的磨损水平以及相应存储设备中的空闲空间；响应于接收到从存储资源池向存储系统分配存储空间的请求，基于相应存储设备的磨损水平和空闲空间，确定相应存储设备中的相应可用空间，相应可用空间表示相应存储设备中的对于存储系统的可分配的存储空间；基于相应可用空间，从多个存储设备中选择一组存储设备；以及从一组存储设备中的可用空间中向存储系统分配请求的存储空间。
根据本公开的第三方面，提供了一种计算机程序产品，计算机程序产品被有形地存储在非瞬态计算机可读介质上并且包括机器可执行指令，机器可执行指令用于执行根据本公开的第一方面的方法。
附图说明
结合附图并参考以下详细说明，本公开各实现方式的特征、优点及其他方面将变得更加明显，在此以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实现方式。在附图中：
图1A和1B分别示意性示出了其中可以实现本公开的方法的存储系统的示意图；
图2示意性示出了其中可以实现本公开的方法的示例性环境的框图；
图3示意性示出了图2中的存储资源池的图示；
图4示意性示出了根据本公开的一个实现方式的用于管理存储系统的架构图；
图5示意性示出了根据本公开的一个实现方式的用于管理存储系统的方法的流程图；
图6示意性示出了根据本公开的一个实现方式的用于从多个存储设备中的一个存储设备中选择用于分配给存储系统的区块的框图；
图7示意性示出了根据本公开的一个实现方式的用于从多个存储设备向基于RAID的存储系统分配存储空间的框图；
图8示意性示出了根据本公开的一个示例性实现的用于管理存储系统的设备的框图；以及
图9示意性示出了根据本公开的一个示例性实现的用于管理存储系统的设备的框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实现。虽然附图中显示了本公开的优选实现，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实现所限制。相反，提供这些实现是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实现”和“一个实现”表示“至少一个示例实现”。术语“另一实现”表示“至少一个另外的实现”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
在本公开的上下文中，存储系统可以是基于RAID的存储系统。基于RAID的存储系统可以将多个存储设备组合起来，成为一个磁盘阵列。通过提供冗余的存储设备，可以使得整个磁盘组的可靠性大大超过单一的存储设备。RAID可以提供优于单一的存储设备的各种优势，例如，增强数据整合度，增强容错功能，增加吞吐量或容量，等等。RAID存在多个标准，例如RAID-1，RAID-2，RAID-3，RAID-4，RAID-5，RAID-6，RAID-10，RAID-50等等。关于RAID级别的更多细节，本领域技术人员例如可以参见https://en.wikipedia.org/wiki/Standard_RAID_levels、以及https://en.wikipedia.org/wiki/Nested_RAID_levels等。
图1A示意性示出了其中可以实现本公开的方法的存储系统100A的示意图。在图1A所示的存储系统中，以包括五个独立存储设备(110、112、114、116以及118)的RAID-5(4D+1P，其中4D表示存储系统中包括四个存储设备来用于存储数据，1P表示存储系统中包括一个存储设备来用于存储P校验)阵列为示例，来说明RAID的工作原理。应当注意，尽管图1A中示意性示出了五个存储设备，在其他的实现方式中，根据RAID的等级不同，还可以包括更多或者更少的存储设备。尽管图1A中示出了条带120、122、124、…、126，在其他的示例中，RAID系统还可以包括不同数量的条带。
在RAID中，条带跨越多个物理存储设备(例如，条带120跨越存储设备110、112、114、116以及118)。可以简单地将条带理解为多个存储设备中的满足一定地址范围的存储区域。在条带120中存储的数据包括多个部分：存储在存储设备110上的数据块D00、存储在存储设备112上的数据块D01、存储在存储设备114上的数据块D02、存储在存储设备116上的数据块D03、以及存储在存储设备118上的数据块P0。在此示例中，数据块D00、D01、D02、以及D03是被存储的数据，而数据块P0是被存储数据的P校验。
在其他条带122和124中存储数据的方式也类似于条带120，不同之处在于，有关其他数据块的校验可以存储在不同于存储设备118的存储设备上。以此方式，当多个存储设备110、112、114、116以及118中的一个存储设备出现故障时，可以从其他的正常的存储设备中恢复出故障设备中的数据。
图1B示意性示出了存储系统110A的重建过程的示意图100B。如图1B所示，当一个存储设备(例如，以阴影示出的存储设备116)出现故障时，可以从其余的正常操作的多个存储设备110、112、114、118中恢复数据。此时，可以向RAID中加入新的后备存储设备118B来替代存储设备118，以此方式，可以将恢复的数据写入118B并实现系统的重建。
应当注意，尽管在上文中参见图1A和图1B描述了包括5个存储设备(其中4个存储设备用于存储数据，1个存储设备用于存储校验)的RAID-5的存储系统，根据其他RAID等级的定义，还可以存在包括其他数量的存储设备的存储系统。例如，基于RAID-6的定义，可以利用两个存储设备来分别存储校验P和Q。又例如，基于三重校验RAID的定义，可以利用三个存储设备来分别存储校验P、Q和R。
随着分布式存储技术的发展，图1A和1B所示的存储系统中的各个存储设备110、112、114、116以及118可以不再局限于物理存储设备，而是可以是虚拟存储设备。例如，存储设备110上的各个区块可以分别来自于资源池中的不同的物理存储设备(在下文中将简称为存储设备)。图2示意性示出了其中可以实现本公开的方法的示例性环境的框图。如图2所示，存储资源池270可以包括多个物理存储设备210、220、230、240、250、…、260。此时，该多个存储设备中的存储空间可以被分配给多个存储系统290、…、292。此时，存储系统290、…、292可以经由网络280来访问存储资源池270中的各个存储设备中的存储空间。
图3示意性示出了如图2所示的存储资源池270的更多信息的图示。资源池270可以包括多个存储设备210、220、230、240、250、…、260。每个存储设备可以包括多个区块，其中空白区块(如图例360所示)表示空闲的区块，以条纹示出的区块(如图例362所示)表示用于图1中的存储系统110A的第一条带的区块，而以阴影示出的区块(如图例364所示)表示用于图1中的存储系统110A的第二条带的区块。此时，用于第一条带的区块312、322、332、342、352分别用于存储第一条带的数据块D00、D01、D02、D03和校验P0。用于第二条带的区块324、334、344、366和314分别用于存储第二条带的数据块D10、D11、D12、D13和校验P1。
如图3所示，在各个存储设备中还可以存在预留的空闲部分370，以便用于在资源池中的一个存储设备出现故障时，可以选择各个存储设备中的空闲部分370中的区块，来重建故障存储设备中的各个区块。
应当注意，图3仅以4D+1P的RAID-5存储系统为示例示出了各个条带中的区块如何分布在资源池的多个存储系统中。当采用基于其他RAID等级时，本领域技术人员可以基于上文的原理来实现具体细节。例如，在6D+1P+1Q的RAID-6存储系统中，每个条带中的8个区块可以分布在多个存储设备上，进而保证多个存储设备的负载均衡。
将会理解，存储设备210至260并不是可以无限期地使用，而是存在一定的使用寿命。因而，在管理存储资源池270时，需要监视各个存储设备的磨损水平。目前已经提出了基于存储资源池270中各个存储设备的最高磨损水平来管理存储资源池270并且进行设备更新的技术方案。然而，该技术方案仅能在资源池270中已经出现需要被更换的存储设备时提供警报，而并不能在日常的资源使用和分配中平衡各个存储设备的磨损水平。
为了解决上述缺陷，本公开的实现方式提供了一种用于管理存储系统的方法、设备和计算机程序产品。具体地，根据本公开内容的一个实现方式，提供了一种用于管理存储系统的技术方案。图4示意性示出了根据本公开的一个实现方式的用于管理存储系统的架构图400。在此实现方式中，通过考虑资源池270中的各个存储设备的磨损水平，可以优先地选择资源池270中的磨损水平较低的存储设备中的空间来响应于资源分配请求。
为了方便描述起见，在下文中仅以4D+1P的存储系统470为具体示例描述。首先，可以获取存储系统470相关联的存储资源池270中的多个存储设备210、220、230、240、250、…、260中的相应存储设备的状态信息。在此的状态信息指示相应存储设备的磨损水平以及相应存储设备中的空闲空间。如图4所示，其中存储设备210、220、230、240、250、…、260的磨损水平分别为10％、20％、20％、70％、15％、…、25％。
在此实现中，如果接收到从存储资源池270向存储系统470分配存储空间的请求，则可以基于相应存储设备的磨损水平和空闲空间，确定相应存储设备中的相应可用空间。相应可用空间表示相应存储设备中的对于存储系统的可分配的存储空间。对于某个存储设备而言，可用空间的容量可以与磨损水平成反比，并且同时需要确保可用空间的容量小于该存储设备中的空闲空间的容量。
例如，对于存储设备210和220而言，假设两者中的空闲空间的容量相等并且均为1TB，由于存储设备210的磨损水平10％小于存储设备220的磨损水平20％，此时可以将存储设备210的可用空间设置为0.5TB，并且将存储设备220的可用空间设置为0.25TB。又例如，如果存储设备的磨损水平高于预定阈值，则可以将该存储设备的可用空间设置为0，以避免从该存储设备中分配空间。如图4所示，存储设备240的磨损水平已经达到了70％，如果预定阈值为65％，则此时可以不再从该存储设备240中分配空间。在资源池270的后续操作期间，存储设备240中的已经被分配的空间将继续按照现有方式操作。以此方式，存储设备240的磨损水平将仅会因为对已经被分配的部分的访问而增加。
将会理解，上文中的具体数值仅仅是根据一个实现的一个示例。根据本公开的一个示例性实现，可以采用其他方式来确定各个存储设备的可用空间。可以基于各种方式来确定存储设备210、220、230、240、250、…、260中的可用空间410、420、430、440、450、…、460。以此方式，对于磨损水平较高的存储设备，可以仅向外暴露较少的可用空间；对于磨损水平较低的存储设备，可以向外暴露较多的可用空间。继而，可以基于相应可用空间，从多个存储设备中选择一组存储设备。参见图4，可以按照可用空间410、420、430、440、450、…、460的容量，来从多个存储设备中选择一组存储设备。如图4所示，可以选择一组存储设备210、220、230、250、260。继而，可以从一组存储设备210、220、230、250、260中的可用空间410、420、430、450、460中向存储系统470分配请求的存储空间。
利用上述示例性实现，通过考虑资源池中的各个存储设备的磨损水平，可以优先地从资源池270选择磨损水平较低的存储设备。一方面，磨损水平较低的存储设备中的更多空间被使用，这将使得该存储设备的磨损水平提高(例如，提高到平均水平)。另一方面，将较少地分配磨损水平较高的存储设备中的空闲空间，进而避免该存储设备的磨损水平的进一步升高。以此方式，可以使得资源池270中的各个存储设备的磨损水平更为平衡。
将会理解，在本公开的上下文中并不限定分配请求的类型，该分配请求可用是在创建存储系统期间向所创建的存储系统分配空间的初始分配请求。备选地或者附加地，该分配请求还可以是在存储系统已经运行一段之间之后，在存储系统中出现存储空间短缺时的额外分配请求。
在下文中，将参见图5详细描述如何管理存储系统470的更多细节。图5示意性示出了根据本公开的一个实现方式的用于管理存储系统的方法500的流程图。如方框510所示，获取存储系统470相关联的存储资源池270中的多个存储设备中的相应存储设备的状态信息，状态信息指示相应存储设备的磨损水平以及相应存储设备中的空闲空间。
在一个实现中，可以基于存储设备所提供的状态访问接口来确定该磨损水平。例如，该模式水平可以基于多个因素来衡量。例如，对于固态硬盘(Solid State Drive)而言，可以基于访问该固态硬盘时的失败区块数量、固态硬盘的剩余寿命以及对于该固态硬盘的擦除数量等因素来确定。根据本公开的一个示例性实现，可以针对上述多个因素执行归一化，并且可以为多个因素分别设置权重，以便将各个存储设备的磨损水平统一到相同的标准。例如，可以以百分比的方式来表示存储设备的磨损水平。参见图4中的示例，10％表示存储设备210已经使用了全部寿命的10％，并且剩余寿命为90％。
如方框520所示，可以判断是否接收到从存储资源池270向存储系统470分配存储空间的请求，如果判断结果为“是”，则操作流程前进至方框530。在方框530处，基于相应存储设备的磨损水平和空闲空间，确定相应存储设备中的相应可用空间，相应可用空间表示相应存储设备中的对于存储系统的可分配的存储空间。可以基于多种规则来确定各个存储设备中的可用空间。继续参见图5，在方框540处，基于相应可用空间，从多个存储设备中选择一组存储设备。在方框550处，从一组存储设备中的可用空间中向存储系统分配请求的存储空间。在下文中将参见图6提供有关方框530和540的更多细节。
图6示意性示出了根据本公开的一个实现方式的用于从多个存储设备中的一个存储设备中选择用于分配给存储系统470的区块的框图600。图6仅示意性示出了针对存储设备210的操作，本领域技术人员可以基于本公开描述的原理，来确定其他存储设备中的可用空间。如图6所示，对于存储设备210而言，如箭头610所示，可以基于该存储设备210中的空闲空间、磨损水平、温度、历史访问频率和历史访问模式来确定可用空间410。
根据本公开的一个示例性实现，针对多个存储设备中的存储设备，可以基于磨损水平来确定存储设备中的可用空间。在此实现中，可以从空闲空间中选择可用空间，其中可用空间的容量与磨损水平成反比。将会理解，如果继续分配磨损水平较高的存储设备中的空间，则将会进一步提高该存储设备的磨损水平。利用上述示例性实现，通过将可用空间的容量设置为与磨损水平成反比，可以使得磨损水平较高的存储设备仅向外暴露较少的空间用于分配，并且可以使得磨损水平较低的存储设备向外暴露较多的空间用于分配。以此方式，可以平衡资源池270中的各个存储设备的磨损水平，进而提高资源池270的整体寿命。
根据本公开的一个示例性实现，还可以确定基于各个存储设备的磨损水平来确定平均磨损水平，并且基于存储设备210的磨损水平和平均磨损水平来确定可用空间410的容量。例如，可以基于如下公式1来确定资源池270中的第i个存储设备的可用空间：
Si＝Spi*fw(Wi,Wa)   公式1
其中Si表示资源池270中的第i个存储设备的可用空间，Spi表示资源池270中的第i个存储设备中的空闲空间，Wi表示第i个存储设备的磨损水平，Wa表示资源池270中的多个存储设备的平均磨损水平，并且fw表示基于Wi和Wa来确定在该第i个存储设备中可以用于分配的容量的函数。
本领域技术人员可以自定义各种规则来表示fw。例如，在一个简单示例中可以定义：如果Wi大于或者等于Wa则设置fw＝0；否则将fw设置为预定比例，例如20％。备选地或者附加地，还可以基于存储设备中其他配置来设置fw。
根据本公开的一个示例性实现，存储设备的状态信息进一步包括存储设备的温度信息。温度信息可以在一定程度上表示存储设备的状态。通常而言，存储设备的温度越高，则表示该存储设备的工作负载可能较高，并且存储设备的温度越低则表示该存储设备的工作负载可能较低。因而，针对多个存储设备中的存储设备，可以进一步基于温度信息，从空闲空间中选择可用空间。在此实现中，可以设置可用空间的容量与温度信息成反比。
将会理解，如果继续分配温度较高的存储设备中的空间，则将会进一步提高该存储设备的工作负载，进而导致温度的提高并增加设备故障的概率。利用上述示例性实现，通过将可用空间的容量设置为与温度信息成反比，可以使得温度较高的存储设备仅向外暴露较少的空间用于分配，并且可以使得温度较低的存储设备向外暴露较多的空间用于分配。以此方式，可以平衡资源池270中的各个存储设备的温度水平，进而提高资源池270的整体寿命。
根据本公开的一个示例性实现，还可以确定基于各个存储设备的温度来确定平均温度，并且基于存储设备210的温度和平均温度来确定可用空间410的容量。例如，可以基于如下公式2来确定资源池270中的第i个存储设备的可用空间：
Si＝Spi*fT(Ti,Ta)   公式2
其中Si表示资源池270中的第i个存储设备的可用空间，Spi表示资源池270中的第i个存储设备中的空闲空间，Ti表示第i个存储设备的温度，Ta表示资源池270中的多个存储设备的平均温度，并且fT表示基于Ti和Ta来确定在该第i个存储设备中可以用于分配的容量的函数。
本领域技术人员可以自定义各种规则来表示fT。例如，在一个简单示例中可以定义：如果Ti大于或者等于Ta则设置fT＝0；否则将fT设置为预定比例，例如20％。备选地或者附加地，还可以基于存储设备中其他配置来设置fT。
根据本公开的一个示例性实现，存储设备的状态信息进一步包括存储设备的历史访问频率。将会理解，历史访问频率可以表示存储设备在过去的一段时间内被访问的频率。如果历史访问频率较高，则表示该存储设备在过去被频繁地访问，进而可以合理地推测该存储设备中存储的数据属于“热”数据，并且在未来一段时间内该存储设备还将被频繁地访问。因而，针对多个存储设备中的存储设备，可以进一步基于历史访问频率，从空闲空间中选择可用空间。在此实现中，可以设置可用空间的容量与历史访问频率成反比。
将会理解，如果继续分配历史访问频率较高的存储设备中的空间，则将会进一步提高该存储设备被访问的频率，进而导致访问频率的提高并增加设备工作负荷、磨损程度以及可能出现故障的程度。利用上述示例性实现，通过将可用空间的容量设置为与历史访问频率成反比，可以使得历史访问频率较高的存储设备仅向外暴露较少的空间用于分配，并且可以使得历史访问频率较低的存储设备向外暴露较多的空间用于分配。以此方式，可以平衡资源池270中的各个存储设备的访问频率，进而提高资源池270的整体寿命。
根据本公开的一个示例性实现，还可以确定基于各个存储设备的历史访问频率来确定平均访问频率，并且基于存储设备210的历史访问频率和平均访问频率来确定可用空间410的容量。例如，可以基于如下公式3来确定资源池270中的第i个存储设备的可用空间：
Si＝Spi*fF(Fi,Fa)   公式3
其中Si表示资源池270中的第i个存储设备的可用空间，Spi表示资源池270中的第i个存储设备中的空闲空间，Fi表示第i个存储设备的温度，Fa表示资源池270中的多个存储设备的平均温度，并且fF表示基于Fi和Fa来确定在该第i个存储设备中可以用于分配的容量的函数。
本领域技术人员可以自定义各种规则来表示fF。例如，在一个简单示例中可以定义：如果Fi大于或者等于Fa则设置fF＝0；否则将fF设置为预定比例，例如20％。备选地或者附加地，还可以基于存储设备中其他配置来设置fF。
根据本公开的一个示例性实现，状态信息进一步包括存储设备的历史访问模式。在此的历史访问模式指示针对存储设备的历史写操作是随机写操作还是连续写操作。通常而言，存储设备的磨损水平主要依赖于写操作，而读操作对于存储设备的磨损水平仅具有较低的影响，因而可以忽略读历史读操作并且仅关心写操作是随机写操作还是连续写操作。
将会理解，随机写操作对于存储设备的寿命的影响将远高于连续写操作的影响，因而，如果确定历史访问模式指示随机写操作，则可以降低可用空间的容量；如果确定访问模式指示连续写操作，则可以提高可用空间的容量。以此方式，可以使得在过去经历了较多随机写操作的存储设备仅向外暴露较少的空间用于分配，并且可以使得在过去经历了较多连续写操作的存储设备向外暴露较多的空间用于分配。以此方式，可以平衡资源池270中的各个存储设备的访问模式，进而提高资源池270的整体寿命。
根据本公开的一个示例性实现，还可以确定基于各个存储设备的历史访问模式来确定平均访问模式(例如，可以统计两种模式的写操作的比例)，并且基于存储设备210的历史访问模式和平均访问模式来确定可用空间410的容量。例如，可以基于如下公式4来确定资源池270中的第i个存储设备的可用空间：
Si＝Spi*fP(Pi,Pa)   公式4
其中Si表示资源池270中的第i个存储设备的可用空间，Spi表示资源池270中的第i个存储设备中的空闲空间，Pi表示第i个存储设备的温度，fP表示资源池270中的多个存储设备的平均访问模式，并且fP表示基于Pi和Pa来确定在该第i个存储设备中可以用于分配的容量的函数。本领域技术人员可以自定义各种规则来表示fP，在此不再赘述。
根据本公开的一个示例性实现，还可以综合考虑上文描述的公式1至4的内容，根据如下公式5来确定针对资源池270中的第i个存储设备的可用空间：
Si＝Spi*fw(Wi,Wa)*fT(Ti,Ta)*fF(Fi,Fa)*fP(Pi,Pa)
公式5
将会理解，尽管在上文中示意性示出了基于公式1至4来确定可用空间的容量的示例。在公式5中，各个变量的含义与公式1至4中相同，在此不再赘述。根据本公开的一个示例性实现，还可以基于公式1至4中的两个或者更多来确定可用空间的容量。
继续参见图6，如箭头612所示，可以从可用空间410中选择至少一个区块，以用于分配给存储系统470。将会理解，在此选择过程中，需要综合考虑资源池270中的各个存储设备中的可用空间的容量，以使得选择的区块所提供存储空间的容量满足请求。利用上述示例性实现，可以确保分配请求的总容量得以满足。
根据本公开的一个示例性实现，可以按照相应可用空间的容量的顺序，选择一组存储设备。例如，可用将资源池270中的各个存储设备所确定的可用空间的容量进行排序，并且优先地选择可用空间的容量较高的存储设备。利用上述示例性实现，在确保资源池270中的各个存储设备的磨损水平的平衡的同时，还可以尽量确保各个存储设备中的空闲空间的平衡。进而，可用避免出现资源池270中的某个存储设备中的空闲空间被耗尽而其他存储设备中的空闲空间存在大量剩余的情况。
根据本公开的一个示例性实现，存储系统470是独立磁盘冗余阵列。在此实现中，可以选择数量满足独立磁盘冗余阵列的类型的要求的一组存储设备。在下文中将参见图7描述关于基于RAID的存储系统470的操作过程的更多细节。图7示意性示出了根据本公开的一个实现方式的用于从多个存储设备向基于RAID的存储系统470分配存储空间的框图700。如图7所示，存储系统470是基于RAID的存储系统，并且此时分配请求是请求分配该存储系统470中的第一个条带720中的各个区块的请求。
可以按照上文描述的方法来确定资源池270中的各个存储设备中的可用空间410、420、430、450和460。进一步，可以基于分配请求所要求的容量来确定从每个存储设备中分配多少存储空间。假设分配请求要求从资源池270中分配一个条带的空间，存储系统710的配置定义条带720中的每个区块的大小为1GB，并且资源池中的各个存储设备中的区块大小也为1GB。则此时可以从可用空间410、420、430、450和460中分别选择一个区块，来用于形成条带720。
如图7所示，可以从可用空间410中选择区块722用于存储数据D00，可以从可用空间420中选择区块724用于存储数据D01，可以从可用空间430中选择区块726用于存储数据D02，可以从可用空间450中选择区块728用于存储数据D03，可以从可用空间460中选择区块730用于存储数据P0。将会理解，图7仅以基于4D+1P的RAID存储系统710作为示例描述了如何向基于RAID的存储系统分配存储空间。根据本公开的一个示例性实现，存储系统还可以采取其他的形式，此时本领域技术人员可以根据本公开描述的原理来实现存储空间的分配。
根据本公开的一个示例性实现，又例如，假设分区请求要求从资源池270中分配两个条带的空间，则此时可以从可用空间410、420、430、450和460中分别选择两个区块，并且以类似方式来形成两个条带。根据本公开的一个示例性实现，条带中区块的容量还可以不同于存储设备中的区块的容量，本领域技术人员可以基于本公开的原理来确定如何从各个可用空间中选择适合数量的区块。
根据本公开的一个示例性实现，可以基于多个存储设备中的相应存储设备的磨损水平来确定多个存储设备的平均磨损水平；以及基于与请求相关联的存储空间的容量以及多个存储设备的总容量，更新平均磨损水平并将更新后的数值作为资源池270的整体磨损水平。利用上述示例性实现，可以以更为准确的方式来评价资源池270中的各个存储设备的整体磨损水平。可以在按照本公开的实现的方式确定的整体磨损水平达到预定阈值时，向管理员发出警告信息，以提示管理员执行诸如备份数据以及更换存储设备等操作。
根据本公开的一个示例性实现，还可以检测资源池270中的各个存储设备的磨损水平。在此可以在接收到检测请求时进行检测，或者还可以周期性地执行检测。如果确定多个存储设备中的第一存储设备的第一状态信息指示第一存储设备的第一磨损水平高于预定阈值，可以将第一存储设备中的至少一部分区块移动至多个存储设备中的第二存储设备。进一步，由于存储系统的映射表中记录了该存储系统中的各个区块的物理地址，此时还需要基于被拷贝的至少一部分区块在第二存储设备中的地址，更新存储系统的映射表。
利用上述示例性实现，可以将原本被引导至第一存储设备的数据访问操作引导至磨损水平较低的第二存储设备，进而可以确保针对第一存储设备的访问数量被降低，进而减缓第一存储设备的磨损水平的增加速度。另一方面，由于第二存储设备的磨损水平较低，在未来的一段时间内对该第二存储设备的频繁访问并不会使得该第二存储设备的磨损水平提高到需要更换的程度。以此方式，可以平衡资源池270中的各个存储设备的磨损水平，进而提高资源池270的整体寿命。
在上文中已经参见图2至图7详细描述了根据本公开的方法的示例，在下文中将参见图8详细描述相应的设备的实现。图8示意性示出了根据本公开的一个示例性实现的用于管理存储系统的设备800的框图。具体地，该设备800包括：获取模块810，配置用于获取与存储系统相关联的存储资源池中的多个存储设备中的相应存储设备的状态信息，状态信息指示相应存储设备的磨损水平以及相应存储设备中的空闲空间；确定模块820，配置用于响应于接收到从存储资源池向存储系统分配存储空间的请求，基于相应存储设备的磨损水平和空闲空间，确定相应存储设备中的相应可用空间，相应可用空间表示相应存储设备中的对于存储系统的可分配的存储空间；选择模块830，配置用于基于相应可用空间，从多个存储设备中选择一组存储设备；以及分配模块840，配置用于从一组存储设备中的可用空间中向存储系统分配请求的存储空间。在此的设备800可以配置用于执行上文描述的方法500中的各个步骤，在此不再赘述。
图9示意性示出了根据本公开的一个示例性实现的用于管理存储系统的设备900的框图。如图所示，设备900包括中央处理单元(CPU)901，其可以根据存储在只读存储器(ROM)902中的计算机程序指令或者从存储单元908加载到随机访问存储器(RAM)903中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 903中，还可存储设备900操作所需的各种程序和数据。CPU 901、ROM 902以及RAM 903通过总线904彼此相连。输入/输出(I/O)接口905也连接至总线904。
设备900中的多个部件连接至I/O接口905，包括：输入单元906，例如键盘、鼠标等；输出单元907，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元908，例如磁盘、光盘等；以及通信单元909，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元909允许设备900通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
上文所描述的各个过程和处理，例如方法500，可由处理单元901执行。例如，在一些实现中，方法500可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元908。在一些实现中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 902和/或通信单元909而被载入和/或安装到设备900上。当计算机程序被加载到RAM 903并由CPU 901执行时，可以执行上文描述的方法500的一个或多个步骤。备选地，在其他实现中，CPU 901也可以以其他任何适当的方式被配置以实现上述过程/方法。
根据本公开的一个示例性实现，提供了一种用于管理存储系统的设备，包括：至少一个处理器；易失性存储器；以及与至少一个处理器耦合的存储器，存储器具有存储于其中的指令，指令在被至少一个处理器执行时使得设备执行动作。动作包括：获取与存储系统相关联的存储资源池中的多个存储设备中的相应存储设备的状态信息，状态信息指示相应存储设备的磨损水平以及相应存储设备中的空闲空间；响应于接收到从存储资源池向存储系统分配存储空间的请求，基于相应存储设备的磨损水平和空闲空间，确定相应存储设备中的相应可用空间，相应可用空间表示相应存储设备中的对于存储系统的可分配的存储空间；基于相应可用空间，从多个存储设备中选择一组存储设备；以及从一组存储设备中的可用空间中向存储系统分配请求的存储空间。
根据本公开的一个示例性实现，确定相应存储设备中的相应可用空间包括：针对多个存储设备中的存储设备，确定存储设备中的可用空间，包括：基于存储设备的状态信息中的磨损水平，从空闲空间中选择可用空间，其中可用空间的容量与磨损水平成反比。
根据本公开的一个示例性实现，存储设备的状态信息进一步包括存储设备的温度信息，以及确定存储设备中的可用空间进一步包括：基于温度信息，从空闲空间中选择可用空间，其中可用空间的容量与温度信息成反比。
根据本公开的一个示例性实现，存储设备的状态信息进一步包括存储设备的历史访问频率，以及确定存储设备中的可用空间进一步包括：基于历史访问频率，从空闲空间中选择可用空间，其中可用空间的容量与历史访问频率成反比。
根据本公开的一个示例性实现，状态信息进一步包括存储设备的历史访问模式，历史访问模式指示针对存储设备的历史写操作是随机写操作还是连续写操作，以及确定存储设备中的可用空间进一步包括：响应于历史访问模式指示随机写操作，降低可用空间的容量；以及响应于历史访问模式指示连续写操作，提高可用空间的容量。
根据本公开的一个示例性实现，基于相应可用空间，从多个存储设备中选择一组存储设备包括：按照相应可用空间的容量的顺序，选择一组存储设备。
根据本公开的一个示例性实现，从一组存储设备中向存储系统分配请求的存储空间包括：从一组存储设备中的每个存储设备中的可用空间中选择至少一个区块，以使得选择的区块所提供存储空间的容量满足请求。
根据本公开的一个示例性实现，存储系统是独立磁盘冗余阵列，其中选择一组存储设备包括：选择数量满足独立磁盘冗余阵列的类型的要求的一组存储设备。
根据本公开的一个示例性实现，基于多个存储设备中的相应存储设备的磨损水平来确定多个存储设备的平均磨损水平；以及
基于与请求相关联的存储空间的容量以及多个存储设备的总容量，更新平均磨损水平。
根据本公开的一个示例性实现，响应于确定多个存储设备中的第一存储设备的第一状态信息指示第一存储设备的第一磨损水平高于预定阈值，将第一存储设备中的至少一部分区块移动至多个存储设备中的第二存储设备；以及基于至少一部分区块在第二存储设备中的地址，更新存储系统的映射表，映射表指示存储系统中的相应区块在多个存储系统中的地址。
根据本公开的一个示例性实现，提供了一种计算机程序产品，计算机程序产品被有形地存储在非瞬态计算机可读介质上并且包括机器可执行指令，机器可执行指令用于执行根据本公开的方法。
根据本公开的一个示例性实现，提供了一种计算机可读介质。计算机可读介质上存储有机器可执行指令，当机器可执行指令在被至少一个处理器执行时，使得至少一个处理器实现根据本公开方法。
本公开可以是方法、设备、系统和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于执行本公开的各个方面的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实现中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。
这里参照根据本公开实现的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理单元，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其他可编程数据处理装置的处理单元执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。
也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其他可编程数据处理装置、或其他设备上，使得在计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其他可编程数据处理装置、或其他设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。
附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实现的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
以上已经描述了本公开的各实现，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所公开的各实现。在不偏离所说明的各实现的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实现的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其他普通技术人员能理解本文公开的各实现。

Claims (21)

1.一种用于管理存储系统的方法，所述方法包括：
获取与所述存储系统相关联的存储资源池中的多个存储设备中的相应存储设备的状态信息，所述状态信息指示所述相应存储设备的磨损水平以及所述相应存储设备中的空闲空间；
响应于接收到从所述存储资源池向所述存储系统分配存储空间的请求，基于所述相应存储设备的磨损水平和空闲空间，确定所述相应存储设备中的相应可用空间，所述相应可用空间表示所述相应存储设备中的对于所述存储系统的可分配的存储空间；
基于所述相应可用空间，从所述多个存储设备中选择一组存储设备；以及
从所述一组存储设备中的可用空间中向所述存储系统分配请求的存储空间；
其中确定所述相应存储设备中的相应可用空间包括：
针对所述多个存储设备中的存储设备，确定所述存储设备中的可用空间，包括：
基于所述存储设备的状态信息中的磨损水平，从所述空闲空间中选择可用空间，其中所述可用空间的容量与所述磨损水平成反比，其中所述存储设备的所述状态信息进一步包括所述存储设备的历史访问模式，所述历史访问模式指示针对所述存储设备的历史写操作是随机写操作还是连续写操作，以及
基于所述存储设备的所述历史写操作是随机写操作还是连续写操作，改变所述可用空间的所述容量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述存储设备的所述状态信息进一步包括所述存储设备的温度信息，以及其中从所述空闲空间中选择所述可用空间还基于所述温度信息，其中所述可用空间的容量与所述温度信息成反比。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述存储设备的所述状态信息进一步包括所述存储设备的历史访问频率，以及其中从所述空闲空间中选择所述可用空间还基于所述历史访问频率，其中所述可用空间的容量与所述历史访问频率成反比。
4.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述存储设备的历史写操作是随机写操作还是连续写操作，改变所述可用空间的所述容量包括：
响应于所述历史访问模式指示随机写操作，降低所述可用空间的容量；以及
响应于所述历史访问模式指示连续写操作，提高所述可用空间的容量。
5.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述相应可用空间，从所述多个存储设备中选择一组存储设备包括：
按照所述相应可用空间的容量的顺序，选择所述一组存储设备。
6.根据权利要求1所述的方法，其中从所述一组存储设备中向所述存储系统分配请求的存储空间包括：
从所述一组存储设备中的每个存储设备中的可用空间中选择至少一个区块，以使得选择的区块所提供存储空间的容量满足所述请求。
7.根据权利要求6所述的方法，其中：所述存储系统是独立磁盘冗余阵列，
其中选择所述一组存储设备包括：选择数量满足所述独立磁盘冗余阵列的类型的要求的一组存储设备。
8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：
基于所述多个存储设备中的相应存储设备的磨损水平来确定所述多个存储设备的平均磨损水平；以及
基于与所述请求相关联的存储空间的容量以及所述多个存储设备的总容量，更新所述平均磨损水平。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：响应于确定所述多个存储设备中的第一存储设备的第一状态信息指示所述第一存储设备的第一磨损水平高于预定阈值，
将所述第一存储设备中的至少一部分区块移动至所述多个存储设备中的第二存储设备；以及
基于所述至少一部分区块在所述第二存储设备中的地址，更新所述存储系统的映射表，所述映射表指示所述存储系统中的相应区块在所述多个存储设备中的地址。
10.根据权利要求1所述的方法，其中每个存储设备具有指示针对所述存储设备磨损程度的相应磨损水平；以及
其中确定在所述相应存储设备中的所述相应可用空间提供基于指示针对所述存储设备的所述磨损程度的相应磨损水平的针对每个存储设备的相应可用空间数量。
11.根据权利要求10所述的方法，其中选择所述一组存储设备包括：
选择(i)具有第一磨损水平与从第一存储设备中的第一空闲空间中选择的第一可用空间数量的所述第一存储设备，以及(ii)具有第二磨损水平与从第二存储设备中的第二空闲空间中选择的第二可用空间数量的所述第二存储设备，作为所述一组存储设备的成员；
其中所述第一存储设备的所述第一磨损水平高于所述第二存储设备的所述第二磨损水平指示：所述第一存储设备比所述第二存储设备具有更高程度的磨损；以及
其中从所述第一存储设备中的第一空闲空间中选择的所述第一可用空间数量低于从所述第二存储设备中的第二空闲空间选择的所述第二可用空间数量，相比较于所述第二存储设备减少对所述第一存储设备的访问，以用于平衡所述存储设备中的磨损。
12.一种用于管理存储系统的设备，包括：
至少一个处理器；
易失性存储器；以及
与所述至少一个处理器耦合的存储器，所述存储器具有存储于其中的指令，所述指令在被所述至少一个处理器执行时使得所述设备执行动作，所述动作包括：
获取与所述存储系统相关联的存储资源池中的多个存储设备中的相应存储设备的状态信息，所述状态信息指示所述相应存储设备的磨损水平以及所述相应存储设备中的空闲空间；
响应于接收到从所述存储资源池向所述存储系统分配存储空间的请求，基于所述相应存储设备的磨损水平和空闲空间，确定所述相应存储设备中的相应可用空间，所述相应可用空间表示所述相应存储设备中的对于所述存储系统的可分配的存储空间；
基于所述相应可用空间，从所述多个存储设备中选择一组存储设备；以及
从所述一组存储设备中的可用空间中向所述存储系统分配请求的存储空间；
其中确定所述相应存储设备中的相应可用空间包括：
针对所述多个存储设备中的存储设备，确定所述存储设备中的可用空间，包括：
基于所述存储设备的状态信息中的磨损水平，从所述空闲空间中选择可用空间，其中所述可用空间的容量与所述磨损水平成反比，其中所述存储设备的所述状态信息进一步包括所述存储设备的历史访问模式，所述历史访问模式指示针对所述存储设备的历史写操作是随机写操作还是连续写操作，以及
基于所述存储设备的所述历史写操作是随机写操作还是连续写操作，改变所述可用空间的所述容量。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述存储设备的所述状态信息进一步包括所述存储设备的温度信息，以及其中从所述空闲空间中选择所述可用空间还基于所述温度信息，其中所述可用空间的容量与所述温度信息成反比。
14.根据权利要求12所述的设备，其中所述存储设备的所述状态信息进一步包括所述存储设备的历史访问频率，以及其中从所述空闲空间中选择所述可用空间还基于所述历史访问频率，其中所述可用空间的容量与所述历史访问频率成反比。
15.根据权利要求12所述的设备，其中基于所述存储设备的所述历史写操作是随机写操作还是连续写操作，改变所述可用空间的所述容量包括：
响应于所述历史访问模式指示随机写操作，降低所述可用空间的容量；以及
响应于所述历史访问模式指示连续写操作，提高所述可用空间的容量。
16.根据权利要求12所述的设备，其中基于所述相应可用空间，从所述多个存储设备中选择一组存储设备包括：
按照所述相应可用空间的容量的顺序，选择所述一组存储设备。
17.根据权利要求12所述的设备，其中从所述一组存储设备中向所述存储系统分配请求的存储空间包括：
从所述一组存储设备中的每个存储设备中的可用空间中选择至少一个区块，以使得选择的区块所提供存储空间的容量满足所述请求。
18.根据权利要求17所述的设备，其中：所述存储系统是独立磁盘冗余阵列，
其中选择所述一组存储设备包括：选择数量满足所述独立磁盘冗余阵列的类型的要求的一组存储设备。
19.根据权利要求18所述的设备，所述动作进一步包括：
基于所述多个存储设备中的相应存储设备的磨损水平来确定所述多个存储设备的平均磨损水平；以及
基于与所述请求相关联的存储空间的容量以及所述多个存储设备的总容量，更新所述平均磨损水平。
20.根据权利要求12所述的设备，所述动作进一步包括：响应于确定所述多个存储设备中的第一存储设备的第一状态信息指示所述第一存储设备的第一磨损水平高于预定阈值，
将所述第一存储设备中的至少一部分区块移动至所述多个存储设备中的第二存储设备；以及
基于所述至少一部分区块在所述第二存储设备中的地址，更新所述存储系统的映射表，所述映射表指示所述存储系统中的相应区块在所述多个存储设备中的地址。
21.一种非瞬态计算机可读介质，所述非瞬态计算机可读介质存储机器可执行指令，所述机器可执行指令用于执行根据权利要求1-11中的任一项所述的方法。
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