CN112631512B - 一种ssd的自适应稳态的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种SSD的自适应稳态的方法和设备，该方法包括：响应于第一次接收到用户向SSD下发的读写命令，开始统计所有读写命令的相关信息；监控用户下发读写命令的持续时间并将持续时间与阈值时间进行比较；响应于持续时间达到阈值时间，基于相关信息计算为用户分配的带宽；将计算得到的带宽分配给用户以使SSD达到稳态。通过使用本发明的方案，能够针对不同的客户IO负载，进行自适应的调节，实现快速可预期的进入稳态，保证读写的稳定性，能够保证进入稳态的过程中不出现阶梯形的跳变。
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SSD的自适应稳态的方法和设备。
背景技术
随着互联网、云计算、物联网、大数据等技术的发展及广泛应用，在人类生活中，时时刻刻都会产生海量的数据，这些海量的数据需要进行处理和存储，信息技术的告诉发展对存储系统的性能提出了更高的要求。固态硬盘因为其读写速度快、能耗低，而被广泛的应用。
当前固态硬盘的使用变得越来越广泛，对固态硬盘的性能、容量的要求都更高，随着闪存技术的发展、主控芯片的性能提高，固态硬盘的相关技术不断更新，使得能够尽可能满足应用的需求。
在SSD(固态硬盘)的应用过程中，用户负载(读写请求的特征)会各不相同，为了适应特定用户的负载需求，SSD厂商可能会推出定制化的服务，这样SSD在不同场景下的表现就完全不一样，出现特定场景表现极为突出，在其他场景下可能就远不如标准模式的SSD。
在SSD的应用过程中，进入稳态的时间是衡量SSD的一个重要指标，这个指标代表着SSD对于用户请求响应速度的均衡性，使得用户能够以一种较为稳定的速度进行读写操作，不会出现速度忽高忽低，间歇性卡顿的现象，如果进入稳态的时间越长，则上述不稳定过程的持续时间就越长，导致用户在这段时间内对于性能的预知性交叉，无法实现读写的稳定性，导致业务出现不可预期的卡顿。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种SSD的自适应稳态的方法和设备，通过使用本发明的技术方案，能够针对不同的客户IO负载，进行自适应的调节，实现快速可预期的进入稳态，保证读写的稳定性，能够保证进入稳态的过程中不出现阶梯形的跳变。
基于上述目的，本发明的实施例的一个方面提供了一种SSD的自适应稳态的方法，包括以下步骤：
响应于第一次接收到用户向SSD下发的读写命令，开始统计所有读写命令的相关信息；
监控用户下发读写命令的持续时间并将持续时间与阈值时间进行比较；
响应于持续时间达到阈值时间，基于相关信息计算为用户分配的带宽；
将计算得到的带宽分配给用户以使SSD达到稳态。
根据本发明的一个实施例，相关信息包括读命令数量、写命令数量、顺序写入命令数量、顺序读命令数量和有效数据占比。
根据本发明的一个实施例，响应于持续时间达到阈值时间，基于相关信息计算为用户分配的带宽包括：
使用公式：带宽＝NAND总带宽*(Nand数据写入量/写放大+有效用户读取数据量)/(有效用户读取数据量+Nand数据写入量+Nand数据读取量)计算带宽。
根据本发明的一个实施例，还包括：使用公式：写放大＝1+有效数据占比/(1-有效数据占比)计算写放大。
根据本发明的一个实施例，还包括：使用公式：Nand数据写入量＝写命令数量*写放大*g(写命令数量/顺序写入命令数量)计算Nand数据写入量，其中g函数是通过仿真获取的函数，表示不同程度的顺序写对于写放大及nand写入量的影响。
根据本发明的一个实施例，还包括：使用公式：有效用户读取数据量＝读命令数量*f(读命令数量/顺序读命令数量)计算有效用户读取数据量，其中f函数是通过仿真获取的函数，表示将顺序读取转换成有效的nand读取量的结果。
根据本发明的一个实施例，还包括：使用公式：读放大＝有效数据占比/(1-有效数据占比)计算读放大。
根据本发明的一个实施例，还包括：使用公式：Nand数据读取量＝有效用户读取数据量+写命令数量*读放大*g(写命令数量/顺序写入命令数量)计算Nand数据读取量，其中g函数是通过仿真获取的函数，表示不同程度的顺序写对于写放大及nand写入量的影响。
根据本发明的一个实施例，还包括：
响应于将带宽分配给用户，将NAND总带宽中剩余的带宽分配给垃圾回收。
本发明的实施例的另一个方面，还提供了一种SSD的自适应稳态的设备，设备包括：
统计模块，统计模块配置为响应于第一次接收到用户向SSD下发的读写命令，开始统计所有读写命令的相关信息；
比较模块，比较模块配置为监控用户下发读写命令的持续时间并将持续时间与阈值时间进行比较；
计算模块，计算模块配置为响应于持续时间达到阈值时间，基于相关信息计算为用户分配的带宽；
分配模块，分配模块配置为将计算得到的带宽分配给用户以使SSD达到稳态。
本发明具有以下有益技术效果：本发明实施例提供的SSD的自适应稳态的方法，通过响应于第一次接收到用户向SSD下发的读写命令，开始统计所有读写命令的相关信息；监控用户下发读写命令的持续时间并将持续时间与阈值时间进行比较；响应于持续时间达到阈值时间，基于相关信息计算为用户分配的带宽；将计算得到的带宽分配给用户以使SSD达到稳态的技术方案，能够针对不同的客户IO负载，进行自适应的调节，实现快速可预期的进入稳态，保证读写的稳定性，能够保证进入稳态的过程中不出现阶梯形的跳变。
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SSD的自适应稳态的方法的示意性流程图；
图2为根据本发明一个实施例的SSD的自适应稳态的设备的示意图。
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SSD的自适应稳态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响应于第一次接收到用户向SSD下发的读写命令，开始统计所有读写命令的相关信息，在SSD的运行过程中，顺序的读写和大块的读写的响应性能要高于随机的、小块的读写，数量代表着用户下发的压力，在用户持续下发读写的情况下，性能会从最高值下降为稳态值，因为在写入过程中，会从没有垃圾回收的状体进入有垃圾回收的状态，从剩余空间较多的情况下降为剩余空间较少情况，并通过稳定用户写入与垃圾回收的比例将剩余空间稳定在预定范围内，此时SSD的性能将进入稳态，当前假设我们的预定的进入稳态的时间为30分钟，在SSD的应用中，这个时间受SSD的总容量的影响，容量越大时间越长，所以这个时间需要根据不同的容量来设计，在SSD内部按照每分钟(或10秒)的方式进行统计收到的读命令数量read_cnt，写命令数量write_cnt，顺序写入命令数量write_seq_cnt，顺序读命令数量read_seq_cnt，在稳态统计过程中，还需要统计垃圾回收的状态，相关信息包含有效数据占比，该占比为当前有效数据与写入的总的数据的比值；
S2监控用户下发读写命令的持续时间并将持续时间与阈值时间进行比较，当用户开始下发读写命令时就开始统计时间，将该时间与阈值时间进行比较，该阈值时间优选为30分钟，也可以根据SSD的总容量进行适当的调整；
S3响应于持续时间达到阈值时间，基于相关信息计算为用户分配的带宽，如果用户读写的持续时间达到了阈值时间，为了使SSD快速到达稳态，需要为用户分配特定的带宽供用户使用，该带宽根据用户持续下发的读写命令的相关信息进行计算；
S4将计算得到的带宽分配给用户以使SSD达到稳态。
通过本发明的技术方案，能够针对不同的客户IO负载，进行自适应的调节，实现快速可预期的进入稳态，保证读写的稳定性，能够保证进入稳态的过程中不出现阶梯形的跳变。
在本发明的一个优选实施例中，相关信息包括读命令数量、写命令数量、顺序写入命令数量、顺序读命令数量和有效数据占比。
在本发明的一个优选实施例中，还包括：使用公式：写放大＝1+有效数据占比/(1-有效数据占比)计算写放大。在本发明的一个优选实施例中，还包括：使用公式：读放大＝有效数据占比/(1-有效数据占比)计算读放大。通过记录的有效数据占比推断垃圾回收的写放大与读放大，具体关系为写放大WA＝1+有效数据占比/(1-有效数据占比)，读放大RA＝有效数据占比/(1-有效数据占比)，这代表着当有一个用户写入时，在有垃圾回收的情况下，NAND上会有WA个写入并且有RA个读取。
在本发明的一个优选实施例中，响应于持续时间达到阈值时间，基于相关信息计算为用户分配的带宽包括：
使用公式：带宽＝NAND总带宽*(Nand数据写入量/写放大+有效用户读取数据量)/(有效用户读取数据量+Nand数据写入量+Nand数据读取量)计算带宽。
在本发明的一个优选实施例中，还包括：使用公式：Nand数据写入量＝写命令数量*写放大*g(写命令数量/顺序写入命令数量)计算Nand数据写入量，其中g函数是通过仿真获取的函数，表示不同程度的顺序写对于写放大及nand写入量的影响。
在本发明的一个优选实施例中，还包括：使用公式：有效用户读取数据量＝读命令数量*f(读命令数量/顺序读命令数量)计算有效用户读取数据量，其中f函数是通过仿真获取的函数，表示将顺序读取转换成有效的nand读取量的结果。
在本发明的一个优选实施例中，还包括：使用公式：Nand数据读取量＝有效用户读取数据量+写命令数量*读放大*g(写命令数量/顺序写入命令数量)计算Nand数据读取量，其中g函数是通过仿真获取的函数，表示不同程度的顺序写对于写放大及nand写入量的影响。
在本发明的一个优选实施例中，还包括：
响应于将带宽分配给用户，将NAND总带宽中剩余的带宽分配给垃圾回收。
通过上面计算出来的是稳态情况下的带宽分配，为了能够满足进入稳态的时间及不出现阶梯形波动的要求，需要进行性能的逐渐降低，由于SSD的硬件配置在固定容量下是不变的，导致了NAND上的读写带宽是固定的，所以无论用户的负载及压力如何，NAND上的允许的吞吐量上限是确定的，针对这个需要对用户读写，垃圾回收读写进行有效的带宽分配才能将性能稳定住。
当read_cnt/write_cnt，write_seq_cnt/write_cnt，read_seq_cnt/read_cnt发生较大变化时，说明用户负载发生了较大变化，则需要重新开始稳态处理，因为负载的变化将导致稳态的各种状态发生变化，如果没有发生上面的情况则从垃圾回收引入时开始计时，在时间起点处，不进行用户带宽占用的限制，由于用户读取写入的优先级都高于垃圾回收读取写入的优先级，这样会导致用户占用了较大部分的带宽，随着时间的推移，需要逐渐的降低用户带宽占用，直到预定时间点上达到上面计算的带宽占用量。在固定时间点上，需要针对上述计算规则获取当前时间点的用户带宽量，并严格控制用户的读写量，当达到预定量后不在响应新的读写命令，在下一个时间单元到达后在进行响应。其中进入稳态的时间如何设置，不能单方面的追求时间短，因为SSD固有的稳态进入时间与容量成正比，这个是无法通过任何策略去解决的，但是可以在有效的范围内极限的降低该时间。在进入稳态后，统计量继续实时更新，并根据用户负载的变化实时调整带宽分配，当用户负载发生变化导致带宽分配变化时，重新进入稳态调整过程。
基于上述目的，本发明的实施例的第二个方面，提出了一种SSD的自适应稳态的设备，如图2所示，设备200包括：
统计模块，统计模块配置为响应于第一次接收到用户向SSD下发的读写命令，开始统计所有读写命令的相关信息；
比较模块，比较模块配置为监控用户下发读写命令的持续时间并将持续时间与阈值时间进行比较；
计算模块，计算模块配置为响应于持续时间达到阈值时间，基于相关信息计算为用户分配的带宽；
分配模块，分配模块配置为将计算得到的带宽分配给用户以使SSD达到稳态。
通过本发明的技术方案，能够针对不同的客户IO负载，进行自适应的调节，实现快速可预期的进入稳态，保证读写的稳定性，能够保证进入稳态的过程中不出现阶梯形的跳变。
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。
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 (8)
1.一种SSD的自适应稳态的方法，其特征在于，包括以下步骤：
响应于第一次接收到用户向SSD下发的读写命令，开始统计所有读写命令的相关信息，所述相关信息包括读命令数量、写命令数量、顺序写入命令数量、顺序读命令数量和有效数据占比；
监控所述用户下发读写命令的持续时间并将所述持续时间与阈值时间进行比较；
响应于所述持续时间达到所述阈值时间，基于所述相关信息计算为所述用户分配的带宽，其进一步包括：使用公式：带宽=NAND总带宽*（Nand数据写入量/写放大+有效用户读取数据量）/（有效用户读取数据量+ Nand数据写入量+ Nand数据读取量)计算所述带宽；
将计算得到的所述带宽分配给所述用户以使所述SSD达到稳态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：使用公式：写放大=1+有效数据占比/（1-有效数据占比）计算写放大。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：使用公式：Nand数据写入量=写命令数量*写放大*g（写命令数量/顺序写入命令数量）计算Nand数据写入量，其中g函数是通过仿真获取的函数，表示不同程度的顺序写对于写放大及nand写入量的影响。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：使用公式：有效用户读取数据量=读命令数量*f（读命令数量/顺序读命令数量）计算有效用户读取数据量，其中f函数是通过仿真获取的函数，表示将顺序读取转换成有效的nand读取量的结果。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：使用公式：读放大=有效数据占比/（1-有效数据占比）计算读放大。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：使用公式：Nand数据读取量=有效用户读取数据量+写命令数量*读放大*g（写命令数量/顺序写入命令数量）计算Nand数据读取量，其中g函数是通过仿真获取的函数，表示不同程度的顺序写对于写放大及nand写入量的影响。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
响应于将所述带宽分配给所述用户，将NAND总带宽中剩余的带宽分配给垃圾回收。
8.一种SSD的自适应稳态的设备，其特征在于，所述设备包括：
统计模块，所述统计模块配置为响应于第一次接收到用户向SSD下发的读写命令，开始统计所有读写命令的相关信息，所述相关信息包括读命令数量、写命令数量、顺序写入命令数量、顺序读命令数量和有效数据占比；
比较模块，所述比较模块配置为监控所述用户下发读写命令的持续时间并将所述持续时间与阈值时间进行比较；
计算模块，所述计算模块配置为响应于所述持续时间达到所述阈值时间，基于所述相关信息计算为所述用户分配的带宽，其进一步配置为使用公式：带宽=NAND总带宽*（Nand数据写入量/写放大+有效用户读取数据量）/（有效用户读取数据量+ Nand数据写入量+ Nand数据读取量)计算所述带宽；
分配模块，所述分配模块配置为将计算得到的所述带宽分配给所述用户以使所述SSD达到稳态。
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