CN111708489A - 一种提高硬盘服务质量的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种提高硬盘服务质量的方法和设备，该方法包括以下步骤：将硬盘划分为第一存储部分和第二存储部分，第一存储部分具有第一缓存区，第二存储部分具有第二缓存区；将第一存储部分设定为只写存储部分，并将第二存储部分设定为只读存储部分；响应于接收到写数据的命令，将数据写入到第一存储部分中，并将数据写入第一缓存区中；响应于第一缓存区中的数据达到阈值容量，将第二存储部分设定为只写存储部分，并将第一存储部分设定为只读存储部分，并将第一缓存区中的数据同步到第二存储部分中；响应于接收到进一步写数据的命令，将数据写入到第二存储部分中，并将数据写入第二缓存区中。通过使用本发明的方案，能够显著提升硬盘的Qos的性能。
Description
技术领域
本领域涉及计算机领域，并且更具体地涉及一种提高硬盘服务质量的方法和设备。
背景技术
固态硬盘SSD是一种用来存储用户数据的设备。固态硬盘由控制器，存储介质NAND(闪存)等模块组成。控制器中运行Firmware(在控制器上运行的嵌入式软件)进行资源的控制，对用户数据存储调度，维护NAND设备等操作。
控制器运行的Firmware，是一种软件程序。软件程序由开发者设计实施，服务于用户的读、写、管理等请求。对于用户来说，会关注SSD的读写速度、吞吐量、最大访问频率等信息，除此之外，还有重要的一种性能指标，称为Qos，即服务质量，表示读、写等请求的性能平稳程度，一般用读、写延迟的统计分布来表示，比如99.99％的读请求响应时间应当小于100微秒等。在某些应用场景下，Qos的要求甚至高于磁盘容量，最大吞吐量等性能指标。
由于在SSD的内部，除了对用户的读写请求进行响应之外，还要进行后台的整理工作，例如由于一种SSD的存储单元是NAND存储介质，NAND可以按照Page为单位写入，但仅能按照Block(块)为单位进行擦除，一个Block由多个Page组成。因此当用户重复写入时，一些Page由于重复写入，会变为无效数据，但是这样的Page和其他的有效数据Page存储在同一个Blocks中，无法直接擦除，需要Firmware在服务于用户读写请求的同时，进行数据整理，即将一个Block的有效数据搬运到新的Block中，然后逐步将这个Block的所有Page变为无效数据，之后擦除。写入数据和擦除都需要消耗较长的延时.这个数据整理搬运的过程，称为Garbage Collection。此外，为了延长SSD的使用寿命，还会进行其他的后台整理和维护工作，一样也会消耗很多CPU的时间，以及NAND的带宽。在后台消耗带宽和CPU时间的同时，则会对用户发来的读写请求响应不及时，造成Qos的下降。此外，如果用户发送读写命令的同时，Firmware正在进行整理操作，也会导致用户的读写请求必须等待当前的整理操作完成，造成延时。由于Garbage Collection和其他的后台操作的存在，会影响Qos，如果一个SSD只允许读取，不允许写入，则会有效提升Qos。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种提高硬盘服务质量的方法和设备，通过使用本发明的方法，能够显著提升硬盘的Qos的性能。
基于上述目的，本发明的实施例的一个方面提供了一种提高硬盘服务质量的方法，包括以下步骤：
将硬盘划分为第一存储部分和第二存储部分，第一存储部分具有第一缓存区，第二存储部分具有第二缓存区；
将第一存储部分设定为只写存储部分，并将第二存储部分设定为只读存储部分；
响应于接收到写数据的命令，将数据写入到第一存储部分中，并将数据写入第一缓存区中；
响应于第一缓存区中的数据达到阈值容量，将第二存储部分设定为只写存储部分，并将第一存储部分设定为只读存储部分，并将第一缓存区中的数据同步到第二存储部分中；
响应于接收到进一步的写数据的命令，将数据写入到第二存储部分中，并将数据写入第二缓存区中。
根据本发明的一个实施例，将硬盘划分为第一存储部分和第二存储部分，第一存储部分具有第一缓存区，第二存储部分具有第二缓存区包括：
将硬盘划分为容量相等的第一存储部分和第二存储部分，并且使第一存储部分和第二存储部分中存储的数据相同；
分别在第一存储部分和第二存储部分中划分出容量相等的第一缓存区和第二缓存区。
根据本发明的一个实施例，将第一存储部分设定为只写存储部分，并将第二存储部分设定为只读存储部分包括：
启动硬盘的控制程序将用户写数据的请求映射到第一存储部分；
通过硬盘的控制程序将用户读数据的请求映射到第二存储部分。
根据本发明的一个实施例，还包括：
实时监控作为只写存储部分的缓存区的容量。
根据本发明的一个实施例，响应于第一缓存区中的数据达到阈值容量，将第二存储部分设定为只写存储部分，并将第一存储部分设定为只读存储部分，并将第一缓存区中的数据同步到第二存储部分中包括：
控制第二存储部分的第二缓存区写入数据的流量以保证第一缓存区中的数据完全同步到第二存储部分之前第二缓存区未达到阈值容量。
根据本发明的一个实施例，还包括：
响应于第一缓存区中的数据完全同步到第二存储部分，将第一缓存区中的数据擦除。
本发明的实施例的另一个方面，还提供了一种提高硬盘服务质量的设备，设备包括：
划分模块，划分模块配置为将硬盘划分为第一存储部分和第二存储部分，第一存储部分具有第一缓存区，第二存储部分具有第二缓存区；
设定模块，设定模块配置为将第一存储部分设定为只写存储部分，并将第二存储部分设定为只读存储部分；
第一写入模块，第一写入模块配置为响应于接收到写数据的命令，将数据写入到第一存储部分中，并将数据写入第一缓存区中；
同步模块，同步模块配置为响应于第一缓存区中的数据达到阈值容量，将第二存储部分设定为只写存储部分，并将第一存储部分设定为只读存储部分，并将第一缓存区中的数据同步到第二存储部分中；
第二写入模块，第二写入模块配置为响应于接收到进一步的写数据的命令，将数据写入到第二存储部分中，并将数据写入第二缓存区中。
根据本发明的一个实施例，划分模块还配置为：
将硬盘划分为容量相等的第一存储部分和第二存储部分，并且使第一存储部分和第二存储部分中存储的数据相同；
分别在第一存储部分和第二存储部分中划分出容量相等的第一缓存区和第二缓存区。
根据本发明的一个实施例，设定模块还配置为：
启动硬盘的控制程序将用户写数据的请求映射到第一存储部分；
通过硬盘的控制程序将用户读数据的请求映射到第二存储部分。
根据本发明的一个实施例，还包括监控模块，监控模块配置为实时监控作为只写存储部分的缓存区的容量。
根据本发明的一个实施例，同步模块还配置为通过Firmware软件控制第二存储部分的第二缓存区写入数据的流量以保证第一缓存区中的数据完全同步到第二存储部分之前第二缓存区未达到阈值容量。
本发明具有以下有益技术效果：本发明实施例提供的提高硬盘服务质量的方法，通过将硬盘划分为第一存储部分和第二存储部分，第一存储部分具有第一缓存区，第二存储部分具有第二缓存区；将第一存储部分设定为只写存储部分，并将第二存储部分设定为只读存储部分；响应于接收到写数据的命令，将数据写入到第一存储部分中，并将数据写入第一缓存区中；响应于第一缓存区中的数据达到阈值容量，将第二存储部分设定为只写存储部分，并将第一存储部分设定为只读存储部分，并将第一缓存区中的数据同步到第二存储部分中；响应于接收到进一步的写数据的命令，将数据写入到第二存储部分中，并将数据写入第二缓存区中的技术方案，能够显著提升硬盘的Qos的性能。
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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
图1为根据本发明一个实施例的提高硬盘服务质量的方法的示意性流程图；
图2为根据本发明一个实施例的提高硬盘服务质量的设备的示意图；
图3为根据本发明一个实施例的硬盘结构的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
基于上述目的，本发明的实施例的第一个方面，提出了一种提高硬盘服务质量的方法的一个实施例。图1示出的是该方法的示意性流程图。
如图1中所示，该方法可以包括以下步骤：
S1将硬盘划分为第一存储部分和第二存储部分，第一存储部分具有第一缓存区，第二存储部分具有第二缓存区，该硬盘可以是SSD，该SSD硬盘对外呈现为一个存储设备，内部分为ASSD(第一存储部分)和Mirror SSD(第二存储部分)两部分，每个存储部分均有日志记录器Logger和存储区(缓存区)构成，分别简称为ALogger、ASSD、B Logger、Mirror SSD。用户能看到的数据容量仅有A SSD这一部分，其中ALogger、B Logger和Mirror SSD用户均不可见。ALogger和B Logger用来暂存所有的用户更新数据，是该硬盘中关键的一部分，需要占用一部分存储空间；
S2将第一存储部分设定为只写存储部分，并将第二存储部分设定为只读存储部分，当用户写入时，用户先写入ASSD存储区域，同时将写入的内容记录在A Logger中，而Mirror SSD存储区不进行任何写入，也不进行后台整理操作，但是如果用户在写入的同时进行读取操作，或者仅进行读取不进行写入操作，则仅从Mirror SSD存储区和Logger区域进行读取操作；
S3响应于接收到写数据的命令，将数据写入到第一存储部分中，并将数据写入第一缓存区中，第一缓存区中的数据可以用作备份；
S4响应于第一缓存区中的数据达到阈值容量，将第二存储部分设定为只写存储部分，并将第一存储部分设定为只读存储部分，并将第一缓存区中的数据同步到第二存储部分中，该阈值容量可以进行设置，例如为缓存区容量的90％或100％，也可以设定为其他阈值，随着用户写入的过程，A SSD存储区的A Logger逐渐写满，在到达设置阈值容量时，将ASSD存储区和Mirror SSD存储区进行互换，此时A SSD存储区变为只读储存区，原来的Mirror SSD存储区变为只写存储区，这时还需将A Logger中的数据同步到原Mirror SSD存储区中，以保证两个存储区中的数据相同，同步完成后需要将A Logger中的数据进行释放(擦除)；
S5响应于接收到进一步的写数据的命令，将数据写入到第二存储部分中，并将数据写入第二缓存区中，这时写入数据全部写到第二存储部分中，也就是上面提到的原Mirror SSD存储区中，当第二缓存区中的数据达到阈值容量时再进行切换，以此往复。
本发明提出的技术方案，将磁盘分为两部分，例如分为A和B两部分，刚开始时，A和B保存有同样的数据，随着用户读写的响应过程，只允许A部分进行读取，所有的写入只允许写入B部分，当B部分的缓冲逐渐写满之后，仅允许B部分作为读取，A部分复制B在这段时间的变化。因此从用户角度来看，磁盘容量仅有一半，但在所有的服务时间内，读取操作的A或者B区域均为只读区域，没有背景操作，因此Qos会大幅度提升。
通过本发明的技术方案，能够显著提升硬盘的Qos的性能。
在本发明的一个优选实施例中，将硬盘划分为第一存储部分和第二存储部分，第一存储部分具有第一缓存区，第二存储部分具有第二缓存区包括：
将硬盘划分为容量相等的第一存储部分和第二存储部分，并且使第一存储部分和第二存储部分中存储的数据相同；
分别在第一存储部分和第二存储部分中划分出容量相等的第一缓存区和第二缓存区，缓存区用来暂时存储新写入的数据，需要一定的存储空间。
在本发明的一个优选实施例中，将第一存储部分设定为只写存储部分，并将第二存储部分设定为只读存储部分包括：
启动硬盘的控制程序将用户写数据的请求映射到第一存储部分；
通过硬盘的控制程序将用户读数据的请求映射到第二存储部分。控制程序可以是硬盘的Firmware软件。
在本发明的一个优选实施例中，还包括：
实时监控作为只写存储部分的缓存区的容量，缓存区的容量达到阈值容量时需要将只写存储部分和只读存储部分进行互换。
在本发明的一个优选实施例中，响应于第一缓存区中的数据达到阈值容量，将第二存储部分设定为只写存储部分，并将第一存储部分设定为只读存储部分，并将第一缓存区中的数据同步到第二存储部分中包括：
通过Firmware软件控制第二存储部分的第二缓存区写入数据的流量以保证第一缓存区中的数据完全同步到第二存储部分之前第二缓存区未达到阈值容量。
在本发明的一个优选实施例中，还包括：
响应于第一缓存区中的数据完全同步到第二存储部分，将第一缓存区中的数据擦除。
实施例
1、将存储装置划分为A、B两部分，每部分均包含一块存储区域和一块Logger。分别称为A SSD，Mirror SSD，A Logger，B Logger，A SSD和B SSD区域的内容是一样的；
2、SSD的Firmware启动完成之后，开始向用户提供读写请求的操作，用户的所有读取操作，将被Firmware映射到Mirror SSD区域(B部分)，所有写入操作，将会映射到A SSD区域(A部分)，并在A Logger中保存一份备份；
3、当A Logger写满时，将A、B两部分的作用进行切换，即所有的用户读取操作均由Firmware映射到新的Mirror SSD区域，即切换前的A部分，所有用户的写入操作将映射到B部分，并在B Logger中保存一份备份，在B部分中，除了响应用户的写入之外，还会将ALogger中的内容同步到B部分的存储区域中，使得B部分具有切换前A部分的写入内容；
4、通过Firmware进行流量控制，以保证A Logger完全同步到B部分之前，B Logger不会达到阈值容量；
5、随着A Logger逐步同步到B部分的存储区域中，A Logger逐渐释放，直到全部可以擦除，在此过程中，B部分也要进行必要的后台整理等工作；
6、当B Logger逐步写满之后，进行再次切换，即所有的用户读取操作均映射到新的Mirror SSD区域(B部分)，所有的用户写入操作均写入A SSD，B Logger也逐步同步到ASSD中。在此过程中，A部分也进行必要的后台整理工作。
通过本发明的技术方案，能够保证用户进行读取的时候，总是能从一个完全没有背景操作的区域获得读取内容，可以得到极高的Qos性能。
需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关硬件来完成，上述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中存储介质可为磁碟、光盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)或随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)等。上述计算机程序的实施例，可以达到与之对应的前述任意方法实施例相同或者相类似的效果。
此外，根据本发明实施例公开的方法还可以被实现为由CPU执行的计算机程序，该计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中。在该计算机程序被CPU执行时，执行本发明实施例公开的方法中限定的上述功能。
基于上述目的，本发明的实施例的第二个方面，提出了一种提高硬盘服务质量的设备，如图2所示，设备200包括：
划分模块，划分模块配置为将硬盘划分为第一存储部分和第二存储部分，第一存储部分具有第一缓存区，第二存储部分具有第二缓存区；
设定模块，设定模块配置为将第一存储部分设定为只写存储部分，并将第二存储部分设定为只读存储部分；
第一写入模块，第一写入模块配置为响应于接收到写数据的命令，将数据写入到第一存储部分中，并将数据写入第一缓存区中；
同步模块，同步模块配置为响应于第一缓存区中的数据达到阈值容量，将第二存储部分设定为只写存储部分，并将第一存储部分设定为只读存储部分，并将第一缓存区中的数据同步到第二存储部分中；
第二写入模块，第二写入模块配置为响应于接收到进一步的写数据的命令，将数据写入到第二存储部分中，并将数据写入第二缓存区中。
在本发明的一个优选实施例中，划分模块还配置为：
将硬盘划分为容量相等的第一存储部分和第二存储部分，并且使第一存储部分和第二存储部分中存储的数据相同；
分别在第一存储部分和第二存储部分中划分出容量相等的第一缓存区和第二缓存区。
在本发明的一个优选实施例中，设定模块还配置为：
启动硬盘的Firmware软件；
通过Firmware软件将用户写数据的请求映射到第一存储部分；
通过Firmware软件将用户读数据的请求映射到第二存储部分。
在本发明的一个优选实施例中，还包括监控模块，监控模块配置为实时监控作为只写存储部分的缓存区的容量。
在本发明的一个优选实施例中，同步模块还配置为通过Firmware软件控制第二存储部分的第二缓存区写入数据的流量以保证第一缓存区中的数据完全同步到第二存储部分之前第二缓存区未达到阈值容量。
需要特别指出的是，上述系统的实施例采用了上述方法的实施例来具体说明各模块的工作过程，本领域技术人员能够很容易想到，将这些模块应用到上述方法的其他实施例中。
此外，上述方法步骤以及系统单元或模块也可以利用控制器以及用于存储使得控制器实现上述步骤或单元或模块功能的计算机程序的计算机可读存储介质实现。
本领域技术人员还将明白的是，结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，已经就各种示意性组件、方块、模块、电路和步骤的功能对其进行了一般性的描述。这种功能是被实现为软件还是被实现为硬件取决于具体应用以及施加给整个系统的设计约束。本领域技术人员可以针对每种具体应用以各种方式来实现的功能，但是这种实现决定不应被解释为导致脱离本发明实施例公开的范围。
上述实施例，特别是任何“优选”实施例是实现的可能示例，并且仅为了清楚地理解本发明的原理而提出。可以在不脱离本文所描述的技术的精神和原理的情况下对上述实施例进行许多变化和修改。所有修改旨在被包括在本公开的范围内并且由所附权利要求保护。
Claims (10)
1.一种提高硬盘服务质量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述硬盘划分为第一存储部分和第二存储部分，所述第一存储部分具有第一缓存区，所述第二存储部分具有第二缓存区；
将所述第一存储部分设定为只写存储部分，并将所述第二存储部分设定为只读存储部分；
响应于接收到写数据的命令，将所述数据写入到所述第一存储部分中，并将所述数据写入所述第一缓存区中；
响应于所述第一缓存区中的数据达到阈值容量，将所述第二存储部分设定为只写存储部分，并将所述第一存储部分设定为只读存储部分，并将所述第一缓存区中的数据同步到所述第二存储部分中；
响应于接收到进一步的写数据的命令，将所述数据写入到所述第二存储部分中，并将所述数据写入所述第二缓存区中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述硬盘划分为第一存储部分和第二存储部分，所述第一存储部分具有第一缓存区，所述第二存储部分具有第二缓存区包括：
将所述硬盘划分为容量相等的所述第一存储部分和所述第二存储部分，并且使所述第一存储部分和所述第二存储部分中存储的数据相同；
分别在所述第一存储部分和所述第二存储部分中划分出容量相等的所述第一缓存区和所述第二缓存区。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述第一存储部分设定为只写存储部分，并将所述第二存储部分设定为只读存储部分包括：
启动所述硬盘的控制程序将用户写数据的请求映射到所述第一存储部分；
通过所述硬盘的控制程序将用户读数据的请求映射到所述第二存储部分。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
实时监控作为只写存储部分的缓存区的容量。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，响应于所述第一缓存区中的数据达到阈值容量，将所述第二存储部分设定为只写存储部分，并将所述第一存储部分设定为只读存储部分，并将所述第一缓存区中的数据同步到所述第二存储部分中包括：
控制所述第二存储部分的所述第二缓存区写入数据的流量以保证所述第一缓存区中的数据完全同步到所述第二存储部分之前所述第二缓存区未达到所述阈值容量。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：
响应于所述第一缓存区中的数据完全同步到所述第二存储部分，将所述第一缓存区中的数据擦除。
7.一种提高硬盘服务质量的设备，其特征在于，所述设备包括：
划分模块，所述划分模块配置为将所述硬盘划分为第一存储部分和第二存储部分，所述第一存储部分具有第一缓存区，所述第二存储部分具有第二缓存区；
设定模块，所述设定模块配置为将所述第一存储部分设定为只写存储部分，并将所述第二存储部分设定为只读存储部分；
第一写入模块，所述第一写入模块配置为响应于接收到写数据的命令，将所述数据写入到所述第一存储部分中，并将所述数据写入所述第一缓存区中；
同步模块，所述同步模块配置为响应于所述第一缓存区中的数据达到阈值容量，将所述第二存储部分设定为只写存储部分，并将所述第一存储部分设定为只读存储部分，并将所述第一缓存区中的数据同步到所述第二存储部分中；
第二写入模块，所述第二写入模块配置为响应于接收到进一步的写数据的命令，将所述数据写入到所述第二存储部分中，并将所述数据写入所述第二缓存区中。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述划分模块还配置为：
将所述硬盘划分为容量相等的所述第一存储部分和所述第二存储部分，并且使所述第一存储部分和所述第二存储部分中存储的数据相同；
分别在所述第一存储部分和所述第二存储部分中划分出容量相等的所述第一缓存区和所述第二缓存区。
9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述设定模块还配置为：
启动所述硬盘的控制程序将用户写数据的请求映射到所述第一存储部分；
通过所述硬盘的控制程序将用户读数据的请求映射到所述第二存储部分。
10.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，还包括监控模块，所述监控模块配置为实时监控作为只写存储部分的缓存区的容量。
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