CN112416813A - 固态硬盘磨损均衡方法、装置、计算机设备及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固态硬盘磨损均衡方法、装置、计算机设备及存储介质。所述方法包括：将固态硬盘划分为多个物理存储单元集合和预留空间，其中，每一物理存储单元集合和预留空间均包括多个LUN；获取每个物理存储单元集合的平均磨损次数，并确定最大平均磨损次数和最小平均磨损次数；响应于所述最大平均磨损次数与所述最小平均磨损次数的差值大于预设阈值，则采用所述预留空间的LUN替换所述最大平均磨损次数对应的物理存储单元集合的LUN。本发明的方案不仅保证了同一个LUN空间任何时刻都属于同一个物理存储单元集合的原则，而且还确保不同物理存储单元集合之间服务质量和性能的独立性。

Description

固态硬盘磨损均衡方法、装置、计算机设备及存储介质
技术领域
本申请涉及存储技术领域，更具体地涉及一种固态硬盘磨损均衡方法、装置、计算机设备及存储介质。
背景技术
近些年来固态硬盘(Solid State Drive，简称SSD)容量的不断提升，通常一个SSD被拆分给多个应用或用户使用，为了保证不同应用之间的性能、服务质量(Quality OfService，简称QOS，重点指访问延迟)独立，业界演进出了NVMe set(一组特定独立物理存储单元集合)的概念。多个NVMe set并行使用，独立考虑磨损情况、QOS、垃圾回收、性能调度等。
目前，Endurance group(一组磨损程度相当的物理单元的集合)会配合NVMe set进行使用，多个NVMe set处于同一个Endurance Group内部时，不同NVMe set之间的磨损均衡方法目前行业内较为空缺，没有成熟的算法。
发明内容
有鉴于此，有必要针对以上技术问题提供能保证不同NVMe set之间的性能、服务质量互不影响的一种固态硬盘磨损均衡方法、装置、计算机设备及存储介质。
根据本发明的第一方面，提供了一种固态硬盘磨损均衡方法，所述方法包括：
将固态硬盘划分为多个物理存储单元集合和预留空间，其中，每一物理存储单元集合和预留空间均包括多个LUN；
获取每个物理存储单元集合的平均磨损次数，并确定最大平均磨损次数和最小平均磨损次数；
响应于所述最大平均磨损次数与所述最小平均磨损次数的差值大于预设阈值，则采用所述预留空间的LUN替换所述最大平均磨损次数对应的物理存储单元集合的LUN。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
获取预留空间的每个LUN的擦除次数；
确定预留空间中最小擦除次数对应的LUN。
在其中一个实施例中，所述采用所述预留空间的LUN替换所述最大平均磨损次数对应的物理存储单元集合的LUN包括以下步骤：
获取所述最大平均磨损次数对应的物理存储单元集合中每一LUN的擦除次数，并确定擦除次数最大的LUN；
将擦除次数最大的LUN中的数据搬移到所述预留空间中最小擦除次数对应的LUN中；
响应于数据搬移完成，则更新所述最大平均磨损次数对应的物理存储单元集合LUN的对应关系表。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
响应于数据搬移完成，更新预留空间LUN的对应关系表以将所述最大平均磨损次数对应的物理存储单元集合中擦除次数最大的LUN添加至预留空间。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
将固态硬盘划分为多组Endurance group；
将每组Endurance group划分为多个物理存储单元集合和预留空间；以及
对每组Endurance group分别执行所述获取每个物理存储单元集合的平均磨损次数，并确定最大平均磨损次数和最小平均磨损次数的步骤。
在其中一个实施例送，每一物理存储单元集合中的LUN的数量均相同。
在其中一个实施例中，方法还包括：对每一物理存储单元集合的内部进行Block之间的磨损均衡。
根据本发明的第二方面，提供了一种固态硬盘磨损均衡装置，所述装置包括：
划分模块，用于将固态硬盘划分为多个物理存储单元集合和预留空间，其中，每一物理存储单元集合和预留空间均包括多个LUN
磨损次数确定模块，用于获取每个物理存储单元集合的平均磨损次数，并确定最大平均磨损次数和最小平均磨损次数；
替换模块，用于在所述最大平均磨损次数与所述最小平均磨损次数的差值大于预设阈值时，则采用所述预留空间的LUN替换所述最大平均磨损次数对应的物理存储单元集合的LUN。
根据本发明的第三方面，还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括：
至少一个处理器；以及
存储器，存储器存储有可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时执行前述的固态硬盘磨损均衡方法。
根据本发明的第四方面，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时执行前述的固态硬盘磨损均衡方法。
上述一种固态硬盘磨损均衡方法，通过将固态硬盘划分为均包含多个LUN的多个物理存储单元集合和预留空间，利用每个物理存储单元集合的平均磨损次数确定最大平均磨损次数和最小平均磨损次数，并在最大平均磨损次数与所述最小平均磨损次数的差值大于预设阈值时采用预留空间的LUN替换最大平均磨损次数对应的物理存储单元集合的LUN，不仅保证了同一个LUN空间任何时刻都属于同一个物理存储单元集合(NVMe set)的原则，而且还确保不同物理存储单元集合(NVMe set)之间服务质量和性能的独立性。
此外，本发明还提供了一种固态硬盘磨损均衡装置、一种计算机设备和一种计算可读存储介质，同样能实现上述技术效果，这里不再赘述。
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为本发明一个实施例中提供的一种固态硬盘磨损均衡方法的流程示意图；
图2为本发明另一个实施例中提供的NVMe set搭配Endurance group划分固态硬盘的拓扑结构示意图；
图3为本发明另一个实施例中提供的一种固态硬盘磨损均衡装置的结构示意图；
图4为本发明另一个实施例中算机设备的内部结构图。
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。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
在一个实施例中，请参照如图1所示，提供了一种固态硬盘磨损均衡方法，具体地该方包括以下步骤：
S200，将固态硬盘划分为多个物理存储单元集合和预留空间，其中，每一物理存储单元集合和预留空间均包括多个LUN；物理存储单元集合即为NVMe set，预留空间即为OverProvisioning，简称OP，LUN是可独立进行读写控制的物理通道，一个LUN包含多个Block(擦除的最小单元)。
S400，获取每个物理存储单元集合的平均磨损次数，并确定最大平均磨损次数和最小平均磨损次数；
S600，响应于所述最大平均磨损次数与所述最小平均磨损次数的差值大于预设阈值，则采用所述预留空间的LUN替换所述最大平均磨损次数对应的物理存储单元集合的LUN。
上述一种固态硬盘磨损均衡方法，通过将固态硬盘划分为均包含多个LUN的多个物理存储单元集合和预留空间，利用每个物理存储单元集合的平均磨损次数确定最大平均磨损次数和最小平均磨损次数，并在最大平均磨损次数与所述最小平均磨损次数的差值大于预设阈值时采用预留空间的LUN替换最大平均磨损次数对应的物理存储单元集合的LUN，不仅保证了同一个LUN空间任何时刻都属于同一个物理存储单元集合(NVMe set)的原则，而且还确保不同物理存储单元集合(NVMe set)之间服务质量和性能的独立性。
在又一个实施例中，本发明的固态硬盘磨损均衡方法在执行步骤S600之前还包括以下步骤：
S510，获取预留空间的每个LUN的擦除次数；
S520，确定预留空间中最小擦除次数对应的LUN。在又一个实施例中，在前述实施例的基础上前述步骤S600具体包括以下子步骤：
S610，获取所述最大平均磨损次数对应的物理存储单元集合中每一LUN的擦除次数，并确定擦除次数最大的LUN；
S620，将擦除次数最大的LUN中的数据搬移到所述预留空间中最小擦除次数对应的LUN中；
S630，响应于数据搬移完成，则更新所述最大平均磨损次数对应的物理存储单元集合LUN的对应关系表。
在又一个实施例中，为了便于循环利用预留空间OP，还可以将最大磨损次数对应的物理存储单元集合的LUN添加至预留空间中，响应于数据搬移完成，更新预留空间LUN的对应关系表以将所述最大平均磨损次数对应的物理存储单元集合中擦除次数最大的LUN添加至预留空间。采用此种方式能够使得预留空间的保持一定数量的LUN从而便于各个物理存储单元集合循环更替掉性能较差的LUN。
在又一个实施例中，本发明方法还可以与Endurance group搭配使用，在步骤S200之前还包括
S110，将固态硬盘划分为多组Endurance group；
S120，将每组Endurance group划分为多个物理存储单元集合和预留空间；以及
S130，对每组Endurance group分别执行步骤S400及步骤S600。
优选地，，每一物理存储单元集合中的LUN的数量均相同。
优选地，本发明方法还包括对每一物理存储单元集合的内部进行Block之间的磨损均衡，即同一个NVMe set内部，按照传统的做法进行block之间的磨损均衡，从而保证在NVMe set内部不同的block之间磨损均衡。
在又一个实施例中，请参照图2所示，为了便于理解本发明的技术方案，下面以NVMe set搭配Endurance group方式对本发明方法进行说明，具体的包括以下步骤：
步骤1，首先将固态硬盘划分为N组Endurance group，即Endurance group 1至Endurance group N；
步骤2，在每个Endurance group中划分出包括n个LUN的多个NVMe set和包括n个LUN的预留空间OP，即每个Endurance group均包括NVMe set 1、NVMe set 2……，其中每个NVMe set均包括n个LUN，例如NVMe set 1包括LUN11、LUN12至LUN1n，NVMe set 1包括LUN21、LUN22至LUN2n；
步骤3，同一个NVMe set内部，按照传统的做法进行block之间的磨损均衡，保证在NVMe set内部不同的block之间磨损均衡；
步骤4，系统维护同一个Endurance group内部不同NVMe set中Block的平均磨损次数；
步骤5，当同一个Endurance group内部不同NVMe set之间的平均磨损次数差值(最大平均磨损次数与最小平均磨损次数的差值)达到预设值时，触发NVMe set之间的磨损均衡，即在平均磨损次数最大的NVMe set中选取擦除次数最大的一个LUN，在预留空间的LUN中选取一个擦除次数最小的LUN；例如，假如最小平均磨损次数对应的是NVMe set 1，最大平均磨损次数对应的是NVMe set 2，此时则从LUN21、LUN22至LUN2n中选中擦除次数最大的LUN。
步骤6，将NVMe set中选中的LUN中所有block中的数据搬移到从预留空间OP中选中的LUN中，数据搬移完成后，更新NVMe set与LUN的对应关系表，同时将NVMe set中选中的LUN添加至预留空间，更新预留空间与LUN的对应关系。不妨假设预留空间中选中的擦除次数最小的LUN为LUN1，而NVMe set 2中最大擦除次数对应的LUN为LUN21，此时需要将NVMeset 2的LUN21中的数据搬移至LUN1，后续LUN1即属于NVMe set 2，而原来NVMe set 2中的LUN21则变成预留空间中的LUN使用。
上述固态硬盘磨损均衡方法综合考虑Endurance group内部不同NVMe set之间的磨损情况，在NVMe set内部保证block之间磨损均衡的同时，通过LUN替换的方式保证Endurance group内部不同NVMe set之间的磨损均衡，此方法保证了同一个LUN空间任何时刻都属于同一个NVMe set的原则，由此保证了不同NVMe set之间服务质量和性能的独立性。
在又一个是实施例中，请参照图3所示，本发明还提供平了一种固态硬盘磨损均衡装置70，所述装置包括：
划分模块71，用于将固态硬盘划分为多个物理存储单元集合和预留空间，其中，每一物理存储单元集合和预留空间均包括多个LUN
磨损次数确定模块72，用于获取每个物理存储单元集合的平均磨损次数，并确定最大平均磨损次数和最小平均磨损次数；
替换模块73，用于在所述最大平均磨损次数与所述最小平均磨损次数的差值大于预设阈值时，则采用所述预留空间的LUN替换所述最大平均磨损次数对应的物理存储单元集合的LUN。
需要说明的是，关于基于固态硬盘磨损均衡装置的具体限定可以参见上文中对于基于固态硬盘磨损均衡方法的限定，在此不再赘述。上述基于固态硬盘磨损均衡装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
根据本发明的另一方面，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图请参照图4所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时实现以上所述的基于固态硬盘磨损均衡方法。
根据本发明的又一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以上所述的基于固态硬盘磨损均衡方法。
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，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种固态硬盘磨损均衡方法，其特征在于，所述方法包括：
将固态硬盘划分为多个物理存储单元集合和预留空间，其中，每一物理存储单元集合和预留空间均包括多个LUN；
获取每个物理存储单元集合的平均磨损次数，并确定最大平均磨损次数和最小平均磨损次数；
响应于所述最大平均磨损次数与所述最小平均磨损次数的差值大于预设阈值，则采用所述预留空间的LUN替换所述最大平均磨损次数对应的物理存储单元集合的LUN。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取预留空间的每个LUN的擦除次数；
确定预留空间中最小擦除次数对应的LUN。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述采用所述预留空间的LUN替换所述最大平均磨损次数对应的物理存储单元集合的LUN包括以下步骤：
获取所述最大平均磨损次数对应的物理存储单元集合中每一LUN的擦除次数，并确定擦除次数最大的LUN；
将擦除次数最大的LUN中的数据搬移到所述预留空间中最小擦除次数对应的LUN中；
响应于数据搬移完成，则更新所述最大平均磨损次数对应的物理存储单元集合LUN的对应关系表。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
响应于数据搬移完成，更新预留空间LUN的对应关系表以将所述最大平均磨损次数对应的物理存储单元集合中擦除次数最大的LUN添加至预留空间。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将固态硬盘划分为多组Endurance group；
将每组Endurance group划分为多个物理存储单元集合和预留空间；以及
对每组Endurance group分别执行所述获取每个物理存储单元集合的平均磨损次数，并确定最大平均磨损次数和最小平均磨损次数的步骤。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于，每一物理存储单元集合中的LUN的数量均相同。
7.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于，还包括：对每一物理存储单元集合的内部进行Block之间的磨损均衡。
8.一种固态硬盘磨损均衡装置，其特征在于，所述装置包括：
划分模块，用于将固态硬盘划分为多个物理存储单元集合和预留空间，其中，每一物理存储单元集合和预留空间均包括多个LUN；
磨损次数确定模块，用于获取每个物理存储单元集合的平均磨损次数，并确定最大平均磨损次数和最小平均磨损次数；
替换模块，用于在所述最大平均磨损次数与所述最小平均磨损次数的差值大于预设阈值时，则采用所述预留空间的LUN替换所述最大平均磨损次数对应的物理存储单元集合的LUN。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及
存储器，所述存储器存储有可在所述处理器中运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时执行权利要求1-7任意一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时执行权利要求1-7任意一项所述的方法。
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