CN112416255A - 一种用户写入速度控制方法、装置、设备和介质 - Google Patents

一种用户写入速度控制方法、装置、设备和介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用户写入速度控制方法、装置、设备和介质，包括：检测固态硬盘中空闲数据块的实时数量；当实时数量大于预设目标数量时，控制固态硬盘的第一用户写入速度大于垃圾回收过程中的数据移动速度，使得实时数量向预设目标数量收敛；当实时数量小于等于预设目标数量时，检测垃圾回收过程中单位时间的第一数据块回收数量，并根据单位时间的第一数据块回收数量确定单位时间的用户写入速度，使得实时数量处于有效数量范围内；其中，有效数量范围是根据预设目标数量确定的。本申请通过控制空闲数据块的实时数量保持在有效数量范围内，可以实现随机写过程中用户写入速度的可调可控，进而提升随机写性能的一致性，以提高服务质量。

Description

一种用户写入速度控制方法、装置、设备和介质
技术领域
本发明涉及存储技术领域，尤其涉及一种用户写入速度控制方法、装置、设备和介质。
背景技术
随着5G(第五代移动通信技术，5th generation mobile networks或5thgeneration wireless systems或5th-Generation，简称5G或5G技术)、人工智能、大数据、区块链等新技术发展，数据存储量需要激增，对数据的存储性能有了更高的要求，SSD(固态驱动器，Solid State Disk或Solid State Drive，简称SSD)，俗称固态硬盘)得到广泛应用，当前SSD采用的主流存储介质为NAND flash。
受限于Flash需要先擦再写的特性，需要在SSD的OP(Over-Provisioning，预留空间)资源即将耗尽的时候，需要进行垃圾回收(Garbage Collection，简称GC)，即选取那些有较少数据的数据块(称为Victim Block，牺牲块)，将牺牲块中的数据写入新的位置。
然而，在SSD进行随机写的过程中，由于各个牺牲块的有效数据占比不一致，导致空间回收率不一致，进而导致SSD的写性能不稳定。
发明内容
本申请实施例通过提供一种用户写入速度控制方法、装置、设备和介质，解决了现有技术中SSD的随机写性能不稳定的技术问题，实现了提高SSD的随机写性能的稳定性的技术效果。
第一方面，本申请提供了一种用户写入速度控制方法，方法包括：
检测固态硬盘中空闲数据块的实时数量；
当实时数量大于预设目标数量时，控制固态硬盘的第一用户写入速度大于垃圾回收过程中的数据移动速度，使得实时数量向预设目标数量收敛；
当实时数量小于等于预设目标数量时，检测垃圾回收过程中单位时间的第一数据块回收数量，并根据单位时间的第一数据块回收数量确定单位时间的用户写入速度，使得实时数量处于有效数量范围内；其中，有效数量范围是根据预设目标数量确定的。
进一步地，检测垃圾回收过程中单位时间的第一数据块回收数量，并根据单位时间的第一数据块回收数量确定单位时间的用户写入速度，具体包括：
检测垃圾回收过程中第N个反馈周期内的第二数据块回收数量；
根据第二数据块回收数量，确定第N个反馈周期内单位时间的第一数据块回收数量；
将单位时间的第一数据块回收数量作为第N+1个反馈周期内单位时间的第一数据块占用数量，并根据单位时间的第一数据块占用数量确定单位时间的第二用户写入速度，并将单位时间的第二用户写入速度作为第N+1个反馈周期内单位时间的用户写入速度；其中，N为正整数。
进一步地，第1个反馈周期内单位时间的用户写入速度为第一用户写入速度；其中，第一用户写入速度为最大预设用户写入速度。
进一步地，根据预设目标数量确定有效数量范围，具体包括：
根据预设数量和最大预设比例，确定预设数量最大值；
将预设数量最大值作为有效数量范围的最大值，将预设目标数量作为有效数量范围的最小值。
进一步地，固态硬盘包括预留空间和用户空间，空闲数量块包括预留空间的第一空闲数量块和用户空间的第二空闲数量块；预设目标数量大于预留空间的数据块总数量。
第二方面，本申请提供了一种用户写入速度控制装置，装置包括：
实时数量检测模块，用于检测固态硬盘中空闲数据块的实时数量；
实时数量收敛模块，用于当实时数量大于预设目标数量时，控制固态硬盘的第一用户写入速度大于垃圾回收过程中的数据移动速度，使得实时数量向预设目标数量收敛；
用户写入速度确定模块，用于当实时数量小于等于预设目标数量时，检测垃圾回收过程中单位时间的第一数据块回收数量，并根据单位时间的第一数据块回收数量确定单位时间的用户写入速度，使得实时数量处于有效数量范围内；其中，有效数量范围是根据预设目标数量确定的。
进一步地，用户写入速度确定模块包括：
检测子模块，用于检测垃圾回收过程中第N个反馈周期内的第二数据块回收数量；
第一确定子模块，用于根据第二数据块回收数量，确定第N个反馈周期内单位时间的第一数据块回收数量；
第二确定子模块，用于将单位时间的第一数据块回收数量作为第N+1个反馈周期内单位时间的第一数据块占用数量，并根据单位时间的第一数据块占用数量确定单位时间的第二用户写入速度，并将单位时间的第二用户写入速度作为第N+1个反馈周期内单位时间的用户写入速度；其中，N为正整数。
进一步地，用户写入速度确定模块还包括：
第三确定子模块，用于根据预设数量和最大预设比例，确定预设数量最大值；
第四确定子模块，用于将预设数量最大值作为有效数量范围的最大值，将预设目标数量作为有效数量范围的最小值。
第三方面，本申请提供了一种电子设备，包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，处理器被配置为执行以实现一种用户写入速度控制方法。
第四方面，本申请提供了一种非临时性计算机可读存储介质，当存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行实现一种用户写入速度控制方法。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请通过控制空闲数据块的实时数量保持在有效数量范围内，可以实现随机写过程中用户写入速度的可调可控，进而提升随机写性能的一致性，以提高服务质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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附图。
图1为本申请提供的一种用户写入速度控制方法的流程示意图；
图2为本申请提供的一种用户写入速度控制装置的结构示意图；
图3为本申请提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种用户写入速度控制方法，解决了现有技术中SSD的随机写性能不稳定技术问题。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
一种用户写入速度控制方法，方法包括：检测固态硬盘中空闲数据块的实时数量；当实时数量大于预设目标数量时，控制固态硬盘的第一用户写入速度大于垃圾回收过程中的数据移动速度，使得实时数量向预设目标数量收敛；当实时数量小于等于预设目标数量时，检测垃圾回收过程中单位时间的第一数据块回收数量，并根据单位时间的第一数据块回收数量确定单位时间的用户写入速度，使得实时数量处于有效数量范围内；其中，有效数量范围是根据预设目标数量确定的。
本申请通过控制空闲数据块的实时数量保持在有效数量范围内，可以实现随机写过程中用户写入速度的可调可控，进而提升随机写性能的一致性，以提高服务质量。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
首先说明，本文中出现的术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在SSD进行随机写的过程中，各个牺牲块的有效数据占比基本上都是不一致的，进而每个牺牲块的空间回收率基本上都是不一致的，也就导致了SSD的写性能不稳定。
为了解决上述问题，本申请提供了如图1所示的一种用户写入速度控制方法，方法包括：
步骤S11，检测固态硬盘中空闲数据块的实时数量。
评价写性能的一个指标是IOPS(Input/Output Per Second，即每秒的输入输出量或读写次数)，本申请通过控制用户写入速度以达到控制IOPS的目的。
步骤S11中，固态硬盘包括预留空间和用户空间，预留空间对应的数据块数量与用户空间对应的数据块数量的总和记为固态硬盘中数据块的总数量。其中，对于用户而言，用户空间是用户可以查看的，而预留空间是用户不能查看的。对于固态硬盘而言，并不区分预留空间和用户空间。
监控固态硬盘(即SSD)中空闲数量块的数量，空闲数量块由两部分组成，包括预留空间的第一空闲数量块和用户空间的第二空闲数量块。
步骤S12，当实时数量大于预设目标数量时，控制固态硬盘的第一用户写入速度大于垃圾回收过程中的数据移动速度，使得实时数量向预设目标数量收敛。
本申请针对固态硬盘中的空闲数据块设置一个预设目标数量，预设目标数量大于预留空间的数据块总数量。并且，预设目标数量越接近预留空间的数据块总数量，垃圾回收中牺牲块的有效数据占比会越小，进而空间回收率会越高，随机写性能就会越高。
当空闲数据块的实时数量大于预设目标数量时，可以分为以下两个情况：
情况一，没有进行垃圾回收。即此时空闲数据块很充足，第一用户写入速度可以为最大预设用户写入速度，以消耗空闲数据块。
情况二，开始进行垃圾回收之后，第一用户写入速度越大，空闲数据块的数量减少速度越快；此时，垃圾回收还会得到新的空闲数据块，以补充部分消耗的空闲数据块。
本申请为了能够将空闲数据块的数量稳定在预设目标数量附近，则控制固态硬盘的第一用户写入速度大于垃圾回收过程中的数据移动速度，即空闲数据块的回收速度小于用户使用的空闲数据块的消耗速度，随着时间的推移，空闲数据块的实时数量就会逐渐减小，并趋近于预设目标数量，最终实时数量小于等于预设目标数量，以执行步骤S13。
现提供一个实例以对步骤S12进行说明：
固态硬盘中一共包括10个数据块，其中预留空间的数据块为数据块9和数据块10，用户空间的数据块为数据块1-数据块8。预设目标数量为3。当空闲数据块的实时数量大于3时，则控制固态硬盘的第一用户写入速度大于垃圾回收过程中的数据移动速度，使得空闲数据块的实时数量快速减小，尽快达到预设目标数量3。当空闲数据块的实时数量小于等于3时，则执行步骤S13。
步骤S13，当实时数量小于等于预设目标数量时，检测垃圾回收过程中单位时间的第一数据块回收数量，并根据单位时间的第一数据块回收数量确定单位时间的用户写入速度，使得实时数量处于有效数量范围内；其中，有效数量范围是根据预设目标数量确定的。
当实时数量最终小于等于预设目标数量时，则终止步骤S12中“控制固态硬盘的第一用户写入速度大于垃圾回收过程中的数据移动速度”的步骤，此时，则检测单位时间内垃圾回收机制回收得到的第一数据块回收数量，并根据第一数据块回收数量确定用户写入速度，即在单位时间内，当垃圾回收机制回收了第一数据块回收数量的空闲数据块，会导致实时数量的增加，为了让实时数量保持在有效数量范围内，需要消耗第一数据块回收数量的空闲数据块，因此，根据第一数据块回收数量的空闲数据块确定用户写入速度，使得实时数量保持在有效数量范围内。
其中，根据预设目标数量确定有效数量范围，具体包括：
根据预设数量和最大预设比例，确定预设数量最大值；
将预设数量最大值作为有效数量范围的最大值，将预设目标数量作为有效数量范围的最小值。最大预设比例可以根据固态硬盘的具体参数确定。
当空闲数据块的实时数量稳定在预设目标数量附近时，意味着用户写入速度与垃圾回收机制中回收的空闲数量块的速度达到一种相对稳定的状态。但是，垃圾回收机制中由于一些特殊情况，进而导致垃圾回收机制的速度降低，进而影响垃圾回收机制中回收的空闲数据块的数量，进而导致用户写入速度产生波动。例如，垃圾回收时会切换不同的数据块，数据分布也不均匀，在不同的数据块之间读取写入数据时，垃圾回收的速度会降低。为了避免用户写入速度产生波动，步骤S13可以包括以下步骤：
步骤S131，检测垃圾回收过程中第N个反馈周期内的第二数据块回收数量。
当实时数量小于等于预设目标数量时，将实时数量等于预设目标数量的时刻记为第1个反馈周期的起始时刻，并将起始时刻之后的时长均匀划分为多个反馈周期。每个反馈周期的时长相同。在检测第N个反馈周期内的第二数据块回收数量之后执行步骤S132。
步骤S132，根据第二数据块回收数量，确定第N个反馈周期内单位时间的第一数据块回收数量。
第二数据块回收数量是针对第N个反馈周期而言的，根据第二数据块回收数量以及第N个反馈周期的周期时长，可以计算得到第N个反馈周期内的平均回收数量，即单位时间的第一数据块回收数量，进而执行步骤S133。
步骤S133，将单位时间的第一数据块回收数量作为第N+1个反馈周期内单位时间的第一数据块占用数量，并根据单位时间的第一数据块占用数量确定单位时间的第二用户写入速度，并将单位时间的第二用户写入速度作为第N+1个反馈周期内单位时间的用户写入速度；其中，N为正整数。
在第N个反馈周期内的单位时间内回收了第一数据块回收数量的空闲数据块，为了减小或避免用户写入速度的波动，将其作为第N+1个反馈周期内单位时间的第二用户写入速度，以将空闲数据块的实时数量稳定在有效数量范围内。
本申请为了避免数据分布以及数据块切换对回收的空闲数据块的回收数量造成的影响，根据反馈周期计算单位时间内的数据块回收数量，以减小用户写入速度的波动。
综上，本申请通过控制空闲数据块的实时数量保持在有效数量范围内，可以实现随机写过程中用户写入速度的可调可控，进而提升随机写性能的一致性，以提高服务质量。
基于同一发明构思，本申请提供了如图2所示的一种用户写入速度控制装置，装置包括：
实时数量检测模块21，用于检测固态硬盘中空闲数据块的实时数量；
实时数量收敛模块22，用于当实时数量大于预设目标数量时，控制固态硬盘的第一用户写入速度大于垃圾回收过程中的数据移动速度，使得实时数量向预设目标数量收敛；
用户写入速度确定模块23，用于当实时数量小于等于预设目标数量时，检测垃圾回收过程中单位时间的第一数据块回收数量，并根据单位时间的第一数据块回收数量确定单位时间的用户写入速度，使得实时数量处于有效数量范围内；其中，有效数量范围是根据预设目标数量确定的。
更优地，用户写入速度确定模块23包括：
检测子模块，用于检测垃圾回收过程中第N个反馈周期内的第二数据块回收数量；
第一确定子模块，用于根据第二数据块回收数量，确定第N个反馈周期内单位时间的第一数据块回收数量；
第二确定子模块，用于将单位时间的第一数据块回收数量作为第N+1个反馈周期内单位时间的第一数据块占用数量，并根据单位时间的第一数据块占用数量确定单位时间的第二用户写入速度，并将单位时间的第二用户写入速度作为第N+1个反馈周期内单位时间的用户写入速度；其中，N为正整数。
更优地，第1个反馈周期内单位时间的用户写入速度为第一用户写入速度；其中，第一用户写入速度为最大预设用户写入速度。
更优地，用户写入速度确定模块23还包括：
第三确定子模块，用于根据预设数量和最大预设比例，确定预设数量最大值；
第四确定子模块，用于将预设数量最大值作为有效数量范围的最大值，将预设目标数量作为有效数量范围的最小值。
更优地，固态硬盘包括预留空间和用户空间，空闲数量块包括预留空间的第一空闲数量块和用户空间的第二空闲数量块；预设目标数量大于预留空间的数据块总数量。
基于同一发明构思，本申请提供了如图3所示的一种电子设备，包括：
处理器31；
用于存储处理器31可执行指令的存储器32；
其中，处理器31被配置为执行以实现一种用户写入速度控制方法。
基于同一发明构思，本申请提供了一种非临时性计算机可读存储介质，当存储介质中的指令由电子设备的处理器31执行时，使得电子设备能够执行实现一种用户写入速度控制方法。
由于本实施例所介绍的电子设备为实施本申请实施例中信息处理的方法所采用的电子设备，故而基于本申请实施例中所介绍的信息处理的方法，本领域所属技术人员能够了解本实施例的电子设备的具体实施方式以及其各种变化形式，所以在此对于该电子设备如何实现本申请实施例中的方法不再详细介绍。只要本领域所属技术人员实施本申请实施例中信息处理的方法所采用的电子设备，都属于本申请所欲保护的范围。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种用户写入速度控制方法，其特征在于，所述方法包括：
检测固态硬盘中空闲数据块的实时数量；
当所述实时数量大于预设目标数量时，控制所述固态硬盘的第一用户写入速度大于垃圾回收过程中的数据移动速度，使得所述实时数量向所述预设目标数量收敛；
当所述实时数量小于等于所述预设目标数量时，检测垃圾回收过程中单位时间的第一数据块回收数量，并根据所述单位时间的第一数据块回收数量确定单位时间的用户写入速度，使得所述实时数量处于有效数量范围内；其中，所述有效数量范围是根据所述预设目标数量确定的。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测垃圾回收过程中单位时间的第一数据块回收数量，并根据所述单位时间的第一数据块回收数量确定单位时间的用户写入速度，具体包括：
检测垃圾回收过程中第N个反馈周期内的第二数据块回收数量；
根据所述第二数据块回收数量，确定第N个反馈周期内所述单位时间的第一数据块回收数量；
将所述单位时间的第一数据块回收数量作为第N+1个反馈周期内单位时间的第一数据块占用数量，并根据所述单位时间的第一数据块占用数量确定单位时间的第二用户写入速度，并将所述单位时间的第二用户写入速度作为第N+1个反馈周期内单位时间的用户写入速度；其中，N为正整数。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，第1个反馈周期内单位时间的用户写入速度为第一用户写入速度；其中，所述第一用户写入速度为最大预设用户写入速度。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述预设目标数量确定所述有效数量范围，具体包括：
根据所述预设数量和最大预设比例，确定预设数量最大值；
将所述预设数量最大值作为所述有效数量范围的最大值，将所述预设目标数量作为所述有效数量范围的最小值。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固态硬盘包括预留空间和用户空间，所述空闲数量块包括所述预留空间的第一空闲数量块和所述用户空间的第二空闲数量块；所述预设目标数量大于所述预留空间的数据块总数量。
6.一种用户写入速度控制装置，其特征在于，所述装置包括：
实时数量检测模块，用于检测固态硬盘中空闲数据块的实时数量；
实时数量收敛模块，用于当所述实时数量大于预设目标数量时，控制所述固态硬盘的第一用户写入速度大于垃圾回收过程中的数据移动速度，使得所述实时数量向所述预设目标数量收敛；
用户写入速度确定模块，用于当所述实时数量小于等于所述预设目标数量时，检测垃圾回收过程中单位时间的第一数据块回收数量，并根据所述单位时间的第一数据块回收数量确定单位时间的用户写入速度，使得所述实时数量处于有效数量范围内；其中，所述有效数量范围是根据所述预设目标数量确定的。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述用户写入速度确定模块包括：
检测子模块，用于检测垃圾回收过程中第N个反馈周期内的第二数据块回收数量；
第一确定子模块，用于根据所述第二数据块回收数量，确定第N个反馈周期内所述单位时间的第一数据块回收数量；
第二确定子模块，用于将所述单位时间的第一数据块回收数量作为第N+1个反馈周期内单位时间的第一数据块占用数量，并根据所述单位时间的第一数据块占用数量确定单位时间的第二用户写入速度，并将所述单位时间的第二用户写入速度作为第N+1个反馈周期内单位时间的用户写入速度；其中，N为正整数。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述用户写入速度确定模块还包括：
第三确定子模块，用于根据所述预设数量和最大预设比例，确定预设数量最大值；
第四确定子模块，用于将所述预设数量最大值作为所述有效数量范围的最大值，将所述预设目标数量作为所述有效数量范围的最小值。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
处理器；
用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为执行以实现如权利要求1至5中任一项所述的一种用户写入速度控制方法。
10.一种非临时性计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行实现如权利要求1至5中任一项所述的一种用户写入速度控制方法。
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