CN111026677B - 一种基于ema算法的缓存分配方法、系统、终端及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于EMA算法的缓存分配方法、系统、终端及存储介质，包括：计算存储卷的IOPS；根据所述IOPS利用EMA算法计算相应的EMA值；根据所述EMA值调整存储卷的缓存容量。本发明基于EMA算法统计每个LUN的IOPS对应的EMA值，根据EMA值动态调整每个LUN的缓存占用容量。可以达到存储系统整体的性能提升的目的。

Description

一种基于EMA算法的缓存分配方法、系统、终端及存储介质
技术领域
本发明涉及服务器存储设备技术领域，具体涉及一种基于EMA算法的缓存分配方法、系统、终端及存储介质。
背景技术
存储系统一般由Drive、RAID、LUN、Cache、SCSI Target等核心软件模块组成，一块或多块物理硬盘对应的软件对象--Drive组成RAID、LUN从一个或多个RAID上申请空间、之后LUN映射到主机。主机就可以发现存储设备的LUN，进而部署业务，实现数据的存储或者读取。Cache作为LUN的插件，可以开启或者关闭。
大多数存储设备中LUN的Cache只允许开启或者关闭，不允许动态调整其Cache容量。不同的主机业务，其数据访问的压力会不同，并且可能相差非常大。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供一种基于EMA算法的缓存分配方法、系统、终端及存储介质，以解决上述技术问题。
第一方面，本发明提供一种基于EMA算法的缓存分配方法，包括：
计算存储卷的IOPS；
根据所述IOPS利用EMA算法计算相应的EMA值；
根据所述EMA值调整存储卷的缓存容量。
进一步的，所述计算存储卷的IOPS，包括：
设置IOPS统计周期；
实时统计存储卷在统计周期内的读写次数；
根据所述读写次数和统计周期计算存储卷的IOPS。
进一步的，所述根据IOPS利用EMA算法计算相应的EMA值，包括：
设置第一时间窗口和第二时间窗口，所述第二时间窗口包括多个子窗口，所述多个子窗口时间长度相同，且所述子窗口数量随统计时间增加动态增长；
按时间顺序依次计算第一时间窗口和后续子窗口的EMA值。
进一步的，所述根据EMA值调整存储卷的缓存容量，包括：
设置EMA值大小等级并设置不同EMA值等级对应的缓存容量；
根据存储卷当前EMA值所属等级划分相应的缓存容量。
第二方面，本发明提供一种基于EMA算法的缓存分配系统，包括：
速率技术单元，配置用于计算存储卷的IOPS；
EMA值计算单元，配置用于根据所述IOPS利用EMA算法计算相应的EMA值；
缓存调整单元，配置用于根据所述EMA值调整存储卷的缓存容量。
进一步的，所述速率计算单元包括：
周期设置模块，配置用于设置IOPS统计周期；
次数统计模块，配置用于实时统计存储卷在统计周期内的读写次数；
速率计算模块，配置用于根据所述读写次数和统计周期计算存储卷的IOPS。
进一步的，所述EMA值计算单元包括：
窗口设置模块，配置用于设置第一时间窗口和第二时间窗口，所述第二时间窗口包括多个子窗口，所述多个子窗口时间长度相同，且所述子窗口数量随统计时间增加动态增长；
依次计算模块，配置用于按时间顺序依次计算第一时间窗口和后续子窗口的EMA值。
进一步的，所述缓存调整单元包括：
等级设置模块，配置用于设置EMA值大小等级并设置不同EMA值等级对应的缓存容量；
容量调整模块，配置用于根据存储卷当前EMA值所属等级划分相应的缓存容量。
第三方面，提供一种终端，包括：
处理器、存储器，其中，
该存储器用于存储计算机程序，
该处理器用于从存储器中调用并运行该计算机程序，使得终端执行上述的终端的方法。
第四方面，提供了一种计算机存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面所述的方法。
本发明的有益效果在于，
本发明提供的基于EMA算法的缓存分配方法、系统、终端及存储介质，对于主机业务压力大的卷适当增加其缓存占用的容量，对于主机业务压力小的卷则减小其缓存占用量。主机业务压力的大小反映到存储设备就是每个卷的性能指标(IOPS、MBPS)，本发明并不直接使用卷的性能指标，而是通过计算卷IOPS的EMA值，若EMA值高，则增加其缓存占用量，否则减少其缓存占用量。本发明基于EMA算法统计每个LUN的IOPS对应的EMA值，根据EMA值动态调整每个LUN的缓存占用容量。可以达到存储系统整体的性能提升的目的。
此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例的方法的示意性流程图。
图2是本发明一个实施例的系统的示意性框图。
图3为本发明实施例提供的一种终端的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，都应当属于本发明保护的范围。
下面对本发明中出现的关键术语进行解释。
Drive:硬盘，包括机械硬盘、固态硬盘
RAID:磁盘阵列(Redundant Arrays of Independent Drives，RAID)，有“独立磁盘构成的具有冗余能力的阵列”之意。磁盘阵列是由很多块独立的磁盘，组合成一个容量巨大的磁盘组，利用个别磁盘提供数据所产生加成效果提升整个磁盘系统效能。
LUN:LUN是英文Logical Unit Number的缩写，指逻辑单元号。在存储设备中，LUN就是卷的概念。
Cache:缓存
IOPS:Input/OutputOperations Per Second，每秒的读写次数。
MA:Moving Average，MA(X,N)简单算术平均,求X的N日移动平均值，不分轻重，平均算。算法是：(X1+X2+X3+…+Xn)/N
EMA:Exponential Moving Average)是指数移动平均值，也叫EXPMA指标，是一种趋向类指标。指数移动平均值是以指数式递减加权的移动平均，算法是：若Y＝EMA(X，N)，则Y＝[2*X+(N-1)*Y’]/(N+1)，其中Y’表示上一周期的Y值。时间周期越近的X值它的权重越大，说明EMA函数对近期的X值加强了权重比，相比简单算数平均，EMA的计算结果更加贴近实际值，更加稳定。
图1是本发明一个实施例的方法的示意性流程图。其中，图1执行主体可以为一种基于EMA算法的缓存分配系统。
如图1所示，该方法100包括：
步骤110，计算存储卷的IOPS；
步骤120，根据所述IOPS利用EMA算法计算相应的EMA值；
步骤130，根据所述EMA值调整存储卷的缓存容量。
可选地，作为本发明一个实施例，所述计算存储卷的IOPS，包括：
设置IOPS统计周期；
实时统计存储卷在统计周期内的读写次数；
根据所述读写次数和统计周期计算存储卷的IOPS。
可选地，作为本发明一个实施例，所述根据IOPS利用EMA算法计算相应的EMA值，包括：
设置第一时间窗口和第二时间窗口，所述第二时间窗口包括多个子窗口，所述多个子窗口时间长度相同，且所述子窗口数量随统计时间增加动态增长；
按时间顺序依次计算第一时间窗口和后续子窗口的EMA值。
可选地，作为本发明一个实施例，所述根据EMA值调整存储卷的缓存容量，包括：
设置EMA值大小等级并设置不同EMA值等级对应的缓存容量；
根据存储卷当前EMA值所属等级划分相应的缓存容量。
为了便于对本发明的理解，下面以本发明基于EMA算法的缓存分配方法的原理，结合实施例中对基于EMA算法的缓存进行分配的过程，对本发明提供的基于EMA算法的缓存分配方法做进一步的描述。
具体的，所述基于EMA算法的缓存分配方法包括：
S1、计算存储卷的IOPS。
实时统计系统中每个LUN的IO次数，并且每间隔5分钟(在其他实施方式中可设置为其他时间周期，如10min)计算每隔LUN的IOPS。
S2、根据所述IOPS利用EMA算法计算相应的EMA值。
设置性能数据学习的时间窗口，第一时间窗口为24h，第二时间窗口为多个5min的子窗口(时间可自行设定)，子窗口是随时间动态增多的。设置时间窗口的目的是尽量保证所有LUN性能平稳。
计算时计算第一时间窗口的简单算数平均值MA值，计算24小时内所有的IOPS值之和与IOPS值数量的商，将计算得到的商值作为第一时间窗口的初始EMA值(Y(lun-x,n-1))。
第二时间窗口的子窗口EMA的计算方式为：Y(lun-x,n)＝EMA(IOPS(lun-x，n)，N)，则Y(lun-x,n)＝[2*IOPS(lun-x，n)+(N-1)*Y(lun-x,n-1)]/(N+1)，Y(lun-x,n)值代表第N个周期，LUN-x的IOPS对应的EMA值，
Y(lun-x,n-1)则是第N-1周期LUN-x的IOPS的EMA值。在实现上使用递归的计算方法，如下：如果N＝1，则EMA(IOPS(lun-x，1)，1)＝[2*IOPS(lun-x，1)+(1-1)*Y(lun-x,0)]/(1+1)＝IOPS(lun-x，1)；如果N＝2，则EMA(IOPS(lun-x，2)，2)＝[2*IOPS(lun-x，2)+(2-1)*Y(lun-x,1)]/(2+1)＝(2/3)*IOPS(lun-x，2)+(1/3)*Y(lun-x,1)；如果N＝3，则EMA(IOPS(lun-x，3)，3)＝[2*IOPS(lun-x，3)+(3-1)*Y(lun-x,2)]/(3+1)
IOPS(lun-x，1)的计算方式为Lun-x在24小时内所有的读写次数除以24h；
IOPS(lun-x，2)的计算方式为24小时后的第一个5min的读写次数除以5min；
IOPS(lun-x，n)的计算方式为24小时后的第N-1个5min的读写次数除以5min。
由此可以每隔5min计算存储卷的EMA值，动态监控存储卷业务压力。
S3、根据所述EMA值调整存储卷的缓存容量。
设置EMA值大小等级，若EMA值的取值范围为(a1-an)，将EMA值划分为两个等级，则第一等级为a1-ak,第二等级为ak-an。根据存储卷的缓存占用容量与业务量的历史记录数据，为EMA值等级设置相应的缓存容量。如第一等级对应的缓存容量为b1，第二等级对应的缓存容量为b2，EMA值越大对应的缓存容量越大。若步骤s2中计算到某存储卷的当前EMA值在第一等级范围内，则将该存储卷的缓存容量调整为b1。
如图2示，该系统200包括：
速率技术单元210，配置用于计算存储卷的IOPS；
EMA值计算单元220，配置用于根据所述IOPS利用EMA算法计算相应的EMA值；
缓存调整单元230，配置用于根据所述EMA值调整存储卷的缓存容量。
可选地，作为本发明一个实施例，所述速率计算单元包括：
周期设置模块，配置用于设置IOPS统计周期；
次数统计模块，配置用于实时统计存储卷在统计周期内的读写次数；
速率计算模块，配置用于根据所述读写次数和统计周期计算存储卷的IOPS。
可选地，作为本发明一个实施例，所述EMA值计算单元包括：
窗口设置模块，配置用于设置第一时间窗口和第二时间窗口，所述第二时间窗口包括多个子窗口，所述多个子窗口时间长度相同，且所述子窗口数量随统计时间增加动态增长；
依次计算模块，配置用于按时间顺序依次计算第一时间窗口和后续子窗口的EMA值。
可选地，作为本发明一个实施例，所述缓存调整单元包括：
等级设置模块，配置用于设置EMA值大小等级并设置不同EMA值等级对应的缓存容量；
容量调整模块，配置用于根据存储卷当前EMA值所属等级划分相应的缓存容量。
图3为本发明实施例提供的一种终端系统300的结构示意图，该终端系统300可以用于执行本发明实施例提供的基于EMA算法的缓存分配方法。
其中，该终端系统300可以包括：处理器310、存储器320及通信单元330。这些组件通过一条或多条总线进行通信，本领域技术人员可以理解，图中示出的服务器的结构并不构成对本发明的限定，它既可以是总线形结构，也可以是星型结构，还可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
其中，该存储器320可以用于存储处理器310的执行指令，存储器320可以由任何类型的易失性或非易失性存储终端或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。当存储器320中的执行指令由处理器310执行时，使得终端300能够执行以下上述方法实施例中的部分或全部步骤。
处理器310为存储终端的控制中心，利用各种接口和线路连接整个电子终端的各个部分，通过运行或执行存储在存储器320内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，以执行电子终端的各种功能和/或处理数据。所述处理器可以由集成电路(Integrated Circuit，简称IC)组成，例如可以由单颗封装的IC所组成，也可以由连接多颗相同功能或不同功能的封装IC而组成。举例来说，处理器310可以仅包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)。在本发明实施方式中，CPU可以是单运算核心，也可以包括多运算核心。
通信单元330，用于建立通信信道，从而使所述存储终端可以与其它终端进行通信。接收其他终端发送的用户数据或者向其他终端发送用户数据。
本发明还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质可存储有程序，该程序执行时可包括本发明提供的各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(英文：read-only memory，简称：ROM)或随机存储记忆体(英文：random access memory，简称：RAM)等。
因此，本发明对于主机业务压力大的卷适当增加其缓存占用的容量，对于主机业务压力小的卷则减小其缓存占用量。主机业务压力的大小反映到存储设备就是每个卷的性能指标(IOPS、MBPS)，本发明并不直接使用卷的性能指标，而是通过计算卷IOPS的EMA值，若EMA值高，则增加其缓存占用量，否则减少其缓存占用量。本发明基于EMA算法统计每个LUN的IOPS对应的EMA值，根据EMA值动态调整每个LUN的缓存占用容量。可以达到存储系统整体的性能提升的目的，本实施例所能达到的技术效果可以参见上文中的描述，此处不再赘述。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中如U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，包括若干指令用以使得一台计算机终端(可以是个人计算机，服务器，或者第二终端、网络终端等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于终端实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，系统或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于EMA算法的缓存分配方法，其特征在于，包括：
计算存储卷的IOPS；
根据所述IOPS利用EMA算法计算相应的EMA值；
根据所述EMA值调整存储卷的缓存容量；
所述根据IOPS利用EMA算法计算相应的EMA值，包括：
设置第一时间窗口和第二时间窗口，所述第二时间窗口包括多个子窗口，所述多个子窗口时间长度相同，且所述子窗口数量随统计时间增加动态增长；
按时间顺序依次计算第一时间窗口和后续子窗口的EMA值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算存储卷的IOPS，包括：
设置IOPS统计周期；
实时统计存储卷在统计周期内的读写次数；
根据所述读写次数和统计周期计算存储卷的IOPS。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据EMA值调整存储卷的缓存容量，包括：
设置EMA值大小等级并设置不同EMA值等级对应的缓存容量；
根据存储卷当前EMA值所属等级划分相应的缓存容量。
4.一种基于EMA算法的缓存分配系统，其特征在于，包括：
速率计算 单元，配置用于计算存储卷的IOPS；
EMA值计算单元，配置用于根据所述IOPS利用EMA算法计算相应的EMA值；
缓存调整单元，配置用于根据所述EMA值调整存储卷的缓存容量；
所述EMA值计算单元包括：
窗口设置模块，配置用于设置第一时间窗口和第二时间窗口，所述第二时间窗口包括多个子窗口，所述多个子窗口时间长度相同，且所述子窗口数量随统计时间增加动态增长；
依次计算模块，配置用于按时间顺序依次计算第一时间窗口和后续子窗口的EMA值。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述速率计算单元包括：
周期设置模块，配置用于设置IOPS统计周期；
次数统计模块，配置用于实时统计存储卷在统计周期内的读写次数；
速率计算模块，配置用于根据所述读写次数和统计周期计算存储卷的IOPS。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述缓存调整单元包括：
等级设置模块，配置用于设置EMA值大小等级并设置不同EMA值等级对应的缓存容量；
容量调整模块，配置用于根据存储卷当前EMA值所属等级划分相应的缓存容量。
7.一种终端，其特征在于，包括：
处理器；
用于存储处理器的执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为执行权利要求1-3任一项所述的方法。
8.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-3中任一项所述的方法。
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