CN112445428B - 一种硬盘主从垃圾回收方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硬盘主从垃圾回收方法及装置，方法包括以下步骤：固态硬盘若干个核上分别运行回收管理控制模块程序；当主机写线程中一个区块更新为打开时，查询剩余自由块是否小于触发垃圾回收任务的阈值；如果不小于触发垃圾回收任务的阈值，则选择当前区块上最不规则的块为源块；同时从空闲区块最多的区块选择一个块为目标块；主机写线程向同一个核上的回收管理控制模块程序发起垃圾回收任务；目标块的核上的回收管理控制模块程序接收垃圾回收任务并分配回收管理控制模块程序主从模式。本发明能够固态硬盘使用多核控制情况下，通过主回收管理控制模块程序调配从回收管理控制模块程序实现整个垃圾回收任务流程，降低cpu资源争夺。

Description

一种硬盘主从垃圾回收方法及装置
技术领域
本发明涉及系统设计领域，特别是涉及一种硬盘主从垃圾回收方法及装置。
背景技术
SSD使用NAND为存储介质，因为NAND不能覆盖写的特性，修改数据只能在新的位置重新写入新数据，并将原数据标记为无效。因此SSD在使用一段时间后，block中就会出现很多无效的数据和有效数据混杂在一起。为了重新使用这个block，需要将有效数据搬移到其他位置后擦除这个block，即GC垃圾回收。
为了提高SSD读写性能，最有效的方法是多通道并行读写数据，为了实现真正的并行就需要多个核同时运行firmware。每个核可以独立完成相应的工作，也可相互协调完成对应工作。当多个核并行读写操作时，对应的GC效率也要相应提高才能整体提高SSD性能。当SSD存在多个核时，现有技术是在每个核上都独立运行一个GC程序，彼此之间相互独立，管理回收指定区域的block。因为GC固定可能导致GC线程和读写线程争夺CPU资源进而影响整体性能。
NAND block在写入数据前需要先更新状态为open才能写入数据，写完一个block或open状态达到规定的时间后，需要将block状态更新为close；Close状态的block只能读。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种硬盘主从垃圾回收方法及装置，能够实现了SSD中多核的垃圾回收任务主从并发管理，也考虑了SSD中的多核负载差异及不同superlun间水位线平衡。充分利用CPU剩余资源进行垃圾回收任务，从而实现提高垃圾回收任务效率的同时降低对硬盘读写性能的影响。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种硬盘主从垃圾回收方法，包括：
S100，硬盘若干个核上分别运行回收管理控制模块程序且回收管理控制模块程序默认为空闲状态；
S200，当主机写线程中区块状态更新为打开状态时，主机写线程判断区块中剩余自由块是否小于触发垃圾回收的阈值；
S300，如果不小于触发垃圾回收的阈值，则选择所述硬盘区块上不规则的块为源块；同时从所述剩余自由块中选择一个块为目标块；主机写线程向含有所述目标块的核上的回收管理控制模块程序发起垃圾回收任务；
S400，所述目标块的核上的回收管理控制模块程序接收垃圾回收任务，若所述目标块的核中有剩余CPU资源，则所述目标块的核上的回收管理控制模块程序为空闲状态并进入主模式，并锁定状态，其余回收管理控制模块程序进入从模式；若所述目标块的核中没有剩余CPU资源，则选择有剩余CPU资源的核且有剩余CPU资源的核上的回收管理控制模块程序进入主模式，并将垃圾回收控制权移交给主模式的回收管理控制模块程序；
S500，主模式的回收管理控制模块程序处理垃圾回收任务，并进行资源分配。
进一步，所述锁定状态为同一时间只能有一个回收管理控制模块程序进入主模式。
进一步，所述进入主模式的回收管理控制模块程序同时执行多个垃圾回收任务，不同硬盘区块同时发起垃圾回收任务；进入主模式的回收管理控制模块程序根据各个区块的水位线，为执行每个区块垃圾回收任务的从模式的回收管理控制模块程序分配CPU资源，并且根据每个核的剩余CPU资源分配从模式的回收管理控制模块程序完成垃圾回收任务的任务阶段及任务量。
进一步，若某一个区块中自由块数数量少，而其他区块中自由块数较高，通过垃圾回收任务将数据搬移到自由块数数量高的区块中。
进一步，当执行多个垃圾回收任务时，主模式中回收管理控制模块程序根据参数判断平均分配CPU资源或者按照优先级为不同的从模式的回收管理控制模块程序分配不同的CPU资源，并且主模式中回收管理控制模块程序根据参数进行平均分配执行垃圾回收任务或一次执行部分垃圾回收任务。
进一步，所述平均分配CPU资源包括主模式中回收管理控制模块程序将每一个垃圾回收任务都平均分配到每一个从模式中回收管理控制模块程序上，从模式中回收管理控制模块程序通过时间片切换执行所述每一个垃圾回收任务，若不能平均分配，则有剩余CPU资源的核独立承担剩余的垃圾回收任务。
进一步，所述按照优先级为不同的从模式的回收管理控制模块程序分配不同的CPU资源包括主模式中回收管理控制模块程序将优先级高的垃圾回收任务优先分配给从模式中回收管理控制模块程序。
进一步，所述平均分配执行垃圾回收任务包括主模式中回收管理控制模块程序将垃圾回收任务平均分配到每一个核上执行；
所述一次执行部分垃圾回收任务包括根据设定的参数一次执行垃圾回收任务个数，
若当前需要执行的垃圾回收任务个数不大于允许同时执行个数，则同时执行垃圾回收任务，且平均分配CPU资源；
若当前需要执行的垃圾回收任务个数大于允许同时执行的个数，则优先级高的先执行垃圾回收任务。
进一步，所述优先级通过参数设定通道的优先级，或者在垃圾回收任务中指定，参数和垃圾回收任务中指定的不一致时，执行参数中的优先级。
一种硬盘主从垃圾回收装置，包括：写入回收管理控制模块程序装置、垃圾回收任务判断装置、接收垃圾回收任务装置、垃圾回收任务资源分配装置；
所述写入回收管理控制模块程序装置将固态硬盘若干个核上分别运行默认状态为空闲状态的回收管理控制模块程序；
所述垃圾回收任务判断装置判断当前硬盘剩余自由块是否小于触发垃圾回收任务的阈值，若不小于垃圾回收任务触发阈值，则将垃圾回收任务发送给所述接收垃圾回收任务装置；
所述接收垃圾回收任务装置接收垃圾回收任务请求，并判断是否有CPU剩余资源，如果运行回收管理控制模块程序的核上有剩余CPU资源，则所述回收管理控制模块程序进入主模式，并锁定状态，其他回收管理控制模块程序自动进入从模式，若所述运行回收管理控制模块程序上核不为空闲状态，则选择有剩余CPU资源核上的回收管理控制模块程序进入主模式，并将垃圾回收任务控制权移交给主模式的回收管理控制模块程序；
所述垃圾回收任务资源分配装置可以运行多个垃圾回收任务，并且分配CPU资源以及垃圾回收任务执行顺序。
本发明的有益效果是：本发明在进行垃圾回收时考虑各核的负载情况，有效利用cpu剩余资源，提高cpu的利用率，降低垃圾回收对读写性能的影响。同时多核并行处理，缩短回收一个block的时间，提高垃圾回收效率。主回收管理控制模块程序统一调配从回收管理控制模块程序，可更好的调节各superlun间的水位线平衡。
附图说明
图1是本发明一种硬盘主从垃圾回收方法一较佳实施例的流程图；
图2是本发明一种硬盘主从垃圾回收装置架构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1和图2，本发明实施例包括：
见图1，一种硬盘主从垃圾回收方法，包括：
S100，固态硬盘若干个核上分别回收管理控制模块程序且回收管理控制模块程序默认为空闲状态；
S200，因为需要将区块更新为打开状态才能写，所以不需要实时统计固态硬盘中的自由块数；只需要统计区块状态为打开状态的区块就可以；当主机写线程中一个区块更新为打开状态时，查询剩余区块中自由块数是否小于触发垃圾回收任务的阈值；
S300，如果不小于触发垃圾回收任务的阈值，则选择当前区块上一个最不规则的块为源块；同时从自由块数最多的区块中选择一个块为目标快；主机写线程向同一个核上的回收管理控制模块程序发起垃圾回收任务；
S400，当回收管理控制模块程序接收到主机写线程发起的垃圾回收任务时，所述目标块的核上的回收管理控制模块程序接收垃圾回收任务，若所述目标块的核中有剩余CPU资源，则所述目标块的核上的回收管理控制模块程序为空闲状态并进入主模式，并锁定状态，其余回收管理控制模块程序进入从模式；若所述目标块的核中没有剩余CPU资源，则选择有剩余CPU资源的核且有剩余CPU资源的核上的回收管理控制模块程序进入主模式；并将垃圾回收控制权移交给主模式的回收管理控制模块程序；
S500，主模式的回收管理控制模块程序处理垃圾回收任务，并进行资源分配。
所述锁定状态为同一时间只能有一个回收管理控制模块程序进入主模式。
所述主模式可以通过参数设定在固定固态硬盘的核上，其他固定为slave模式。只有主模式的回收管理控制模块程序可以接受垃圾回收任务。
进入主模式的回收管理控制模块程序可以同时进行多个垃圾回收任务，即不同区块可以同时发起垃圾回收任务，进入主模式的回收管理控制模块程序根据各个区块的水位线不同，为执行每个区块垃圾回收任务的从模式的回收管理控制模块程序分配CPU资源。
主模式中回收管理控制模块程序根据每个核的剩余资源分配从模式的回收管理控制模块程序完成垃圾回收任务的任务阶段及任务量。
其中，所述硬盘主从垃圾回收方法中，若某一个区块自由块数较低，而其他区块自由块数较高时,可以通过垃圾回收将数据搬移到自由块数较高的区块。
当多个垃圾回收任务同时进行时，主模式中回收管理控制模块程序根据参数设定判断进行平均分配CPU资源或者按照优先级为不同的从回收管理控制模块程序分配不同的CPU资源,并且主模式中回收管理控制模块程序根据参数设定进行执行垃圾回收任务。
所述平均分配CPU资源为主模式中回收管理控制模块程序将每一个垃圾回收任务都平均分配到每一个从模式中回收管理控制模块程序上，从模式的回收管理控制模块程序通过时间片切换执行每一个垃圾回收任务。
所述按照优先级为不同的从回收管理控制模块程序分配不同的CPU资源为主模式中RBM将优先级高的垃圾回收任务优先分配给从模式中回收管理控制模块程序。例如从模式中回收管理控制模块程序执行高优先级垃圾回收任务，还有剩余CPU资源，则主模式中回收管理控制模块程序为其继续分配下一个优先级的垃圾回收任务。
所述执行垃圾回收任务包括平均分配执行垃圾回收任务和一次执行部分垃圾回收任务。
所述平均分配执行垃圾回收任务包括主模式中回收管理控制模块程序将垃圾回收任务工作平均分配到每一个核上执行，例如：有8个核执行4个垃圾回收任务，则每两个核上执行一个垃圾回收任务，如不能平均分配，则剩余资源较多的核独立或承担较多的垃圾回收任务。若8个核执行5个垃圾回收任务，则剩余资源最多的核独立执行一个垃圾回收任务，其他两个核执行一个垃圾回收任务。若8个核执行3个垃圾回收任务，则剩余资源较多的两个核执行一个垃圾回收任务，其他每3个核执行一个垃圾回收任务。
所述一次执行部分垃圾回收任务为根据设定的参数一次最多执行垃圾回收任务个数；
例如当前需要执行的垃圾回收任务个数不大于允许同时执行个数，则同时执行，且平均分配CPU资源。
如当前需要执行的垃圾回收任务个数大于允许同时执行的个数，则优先级高的先执行。
所述优先级可以通过参数设定哪些通道优先级高，也可以在垃圾回收任务中指定，参数和消息中不一致时，执行参数中的优先级。
其中，回收管理控制模块：执行垃圾回收任务的程序模块。
垃圾回收：指回收Block中无效数据所占据的空间。
本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，该计算机程序被执行时可以实现上述实施例所提供的步骤。该存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本申请还提供了一种电子设备，可以包括存储器和处理器，所述存储器中存有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时，可以实现上述实施例所提供的步骤。当然所述电子设备还可以包括各种网络接口，电源等组件。
见图2，基于与前述实施例中一种硬盘主从垃圾回收方法同样的发明构思，本说明书实施例还提供一种硬盘主从垃圾回收装置，包括：写入回收管理控制模块程序装置、垃圾回收任务判断装置、接收垃圾回收任务装置、垃圾回收任务资源分配装置；
所述写入回收管理控制模块程序装置将固态硬盘若干个核上分别运行默认状态为空闲状态的回收管理控制模块程序；
所述垃圾回收任务判断装置判断当前硬盘剩余自由块是否小于触发垃圾回收任务的阈值，若不小于垃圾回收任务触发阈值，则将垃圾回收任务发送给所述接收垃圾回收任务装置；
所述接收垃圾回收任务装置接收垃圾回收任务请求，并判断是否有CPU剩余资源，如果运行回收管理控制模块程序的核上有剩余CPU资源，则所述回收管理控制模块程序进入主模式，并锁定状态，其他回收管理控制模块程序自动进入从模式，若所述运行回收管理控制模块程序上核不为空闲状态，则选择有剩余CPU资源核上的回收管理控制模块程序进入主模式，并将垃圾回收任务控制权移交给主模式的回收管理控制模块程序；
所述垃圾回收任务资源分配装置可以运行多个垃圾回收任务，并且分配CPU资源以及垃圾回收任务执行顺序。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种硬盘主从垃圾回收方法，其特征在于，包括：
S100，硬盘若干个核上分别运行回收管理控制模块程序且回收管理控制模块程序默认为空闲状态；
S200，当主机写线程中区块状态更新为打开状态时，主机写线程判断区块中剩余自由块是否小于触发垃圾回收的阈值；
S300，如果不小于触发垃圾回收的阈值，则选择所述硬盘区块上不规则的块为源块；同时从所述剩余自由块中选择一个块为目标块；主机写线程向含有所述目标块的核上的回收管理控制模块程序发起垃圾回收任务；
S400，所述目标块的核上的回收管理控制模块程序接收垃圾回收任务，若所述目标块的核中有剩余CPU资源，则所述目标块的核上的回收管理控制模块程序为空闲状态并进入主模式，并锁定状态，其余回收管理控制模块程序进入从模式；若所述目标块的核中没有剩余CPU资源，则选择有剩余CPU资源的核且有剩余CPU资源的核上的回收管理控制模块程序进入主模式，并将垃圾回收控制权移交给主模式的回收管理控制模块程序；
S500，主模式的回收管理控制模块程序处理垃圾回收任务，并进行资源分配。
2.根据权利要求1所述的一种硬盘主从垃圾回收方法，其特征在于：所述锁定状态为同一时间只能有一个回收管理控制模块程序进入主模式。
3.根据权利要求1所述的一种硬盘主从垃圾回收方法，其特征在于：
所述进入主模式的回收管理控制模块程序同时执行多个垃圾回收任务，不同硬盘区块同时发起垃圾回收任务；进入主模式的回收管理控制模块程序根据各个区块的水位线，为执行每个区块垃圾回收任务的从模式的回收管理控制模块程序分配CPU资源，并且根据每个核的剩余CPU资源分配从模式的回收管理控制模块程序完成垃圾回收任务的任务阶段及任务量。
4.根据权利要求1所述的一种硬盘主从垃圾回收方法，其特征在于：
若某一个区块中自由块数数量少，而其他区块中自由块数较高，通过垃圾回收任务将数据搬移到自由块数数量高的区块中。
5.根据权利要求3所述的一种硬盘主从垃圾回收方法，其特征在于：
当执行多个垃圾回收任务时，主模式中回收管理控制模块程序根据参数判断平均分配CPU资源或者按照优先级为不同的从模式的回收管理控制模块程序分配不同的CPU资源，并且主模式中回收管理控制模块程序根据参数进行平均分配执行垃圾回收任务或一次执行部分垃圾回收任务。
6.根据权利要求5所述的一种硬盘主从垃圾回收方法，其特征在于：
所述平均分配CPU资源包括主模式中回收管理控制模块程序将每一个垃圾回收任务都平均分配到每一个从模式中回收管理控制模块程序上，从模式中回收管理控制模块程序通过时间片切换执行所述每一个垃圾回收任务，若不能平均分配，则有剩余CPU资源的核独立承担剩余的垃圾回收任务。
7.根据权利要求5所述的一种硬盘主从垃圾回收方法，其特征在于：
所述按照优先级为不同的从模式的回收管理控制模块程序分配不同的CPU资源包括主模式中回收管理控制模块程序将优先级高的垃圾回收任务优先分配给从模式中回收管理控制模块程序。
8.根据权利要求5所述的一种硬盘主从垃圾回收方法，其特征在于：
所述平均分配执行垃圾回收任务包括主模式中回收管理控制模块程序将垃圾回收任务平均分配到每一个核上执行；
所述一次执行部分垃圾回收任务包括根据设定的参数一次执行垃圾回收任务个数，
若当前需要执行的垃圾回收任务个数不大于允许同时执行个数，则同时执行垃圾回收任务，且平均分配CPU资源；
若当前需要执行的垃圾回收任务个数大于允许同时执行的个数，则优先级高的先执行垃圾回收任务。
9.根据权利要求7或8所述的一种硬盘主从垃圾回收方法，其特征在于：所述优先级通过参数设定通道的优先级，或者在垃圾回收任务中指定，参数和垃圾回收任务中指定的不一致时，执行参数中的优先级。
10.一种硬盘主从垃圾回收装置，其特征在于，包括：写入回收管理控制模块程序装置、垃圾回收任务判断装置、接收垃圾回收任务装置、垃圾回收任务资源分配装置；
所述写入回收管理控制模块程序装置将固态硬盘若干个核上分别运行默认状态为空闲状态的回收管理控制模块程序；
所述垃圾回收任务判断装置判断当前硬盘剩余自由块是否小于触发垃圾回收任务的阈值，若不小于垃圾回收任务触发阈值，则将垃圾回收任务发送给所述接收垃圾回收任务装置；
所述接收垃圾回收任务装置接收垃圾回收任务请求，并判断是否有CPU剩余资源，如果运行回收管理控制模块程序的核上有剩余CPU资源，则所述回收管理控制模块程序进入主模式，并锁定状态，其他回收管理控制模块程序自动进入从模式，若所述运行回收管理控制模块程序上核不为空闲状态，则选择有剩余CPU资源核上的回收管理控制模块程序进入主模式，并将垃圾回收任务控制权移交给主模式的回收管理控制模块程序；
所述垃圾回收任务资源分配装置运行多个垃圾回收任务，并且分配CPU资源以及垃圾回收任务执行顺序。
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