CN113434263A - 虚拟机数据缓存方法和计算机可读存储介质 - Google Patents

虚拟机数据缓存方法和计算机可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种虚拟机数据缓存方法和计算机可读存储介质。该缓存方法具体如下:接收多个I/O请求,依次对各个I/O请求所请求写入的数据进行缓存,若符合判断条件,则不对其请求写入的数据进行缓存,所述判断条件包括条件T1:本次I/O请求的数据存储段与上一次I/O请求的相连,即本次I/O请求与上一次I/O请求一起形成数据存储段相连的两个I/O请求。该缓存方法能够充分利用缓存空间,整体上提高虚拟机响应速度。

Description

虚拟机数据缓存方法和计算机可读存储介质
技术领域
本发明涉及虚拟化技术领域,尤其涉及一种虚拟机数据缓存方法和计算机可读存储介质。
背景技术
虚拟机是指利用虚拟化技术在一台物理计算机上虚拟出来的具有完整计算机系统功能的虚拟计算机。一台物理计算机上可以虚拟出多台虚拟机,各台虚拟机可以运行不同的操作系统,从而实现一台物理计算机上运行不同的操作系统,这台物理计算机称为虚拟机的宿主机。由于宿主机存储空间有限,用户为了扩展虚拟机的存储空间,通常会通过网络来将远程存储设备映射给虚拟机进行使用。虚拟机接收到写I/O请求,就将数据写入到该虚拟机所使用的远程存储设备中,远程存储设备通常是机械硬盘,整个数据写入过程耗时较长。为了提高虚拟机的响应速度,通常会采取缓存的方式来处理I/O请求,缓存的耗时比写入到远程存储设备的机械硬盘中的耗时要短得多,缓存完毕就立刻返回响应消息,然后虚拟机再把数据写入到对应的机械硬盘中。目前,常用的缓存方式有两种:一、将数据写入到宿主机的页面缓存(内存)之后就返回响应消息,然后再把数据写入到虚拟机所使用的机械硬盘中;二、在远程存储设备中增加一个固态硬盘作为缓存盘,固态硬盘的读写速度比机械硬盘的要快许多,将数据写入到固态硬盘中就返回响应消息,然后再把数据写入到虚拟机所使用的机械硬盘中。随着虚拟机上运行的业务增多,容易把有限的缓存空间占用殆尽,如此一来,在未清除旧缓存数据之前,就无法对后续的数据进行缓存,只能直接将其写入到虚拟机所使用的机械硬盘中,虚拟机响应速度变慢。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种虚拟机数据缓存方法以及存储有被执行时实现上述方法的计算机程序的计算机可读存储介质,该数据缓存方法能够充分利用缓存空间,整体上提高虚拟机响应速度。
I/O请求按照数据量的大小可以分为大I/O请求和小I/O请求。发明人经过研究发现,先后处理的多个小I/O请求中,若在后处理的小I/O请求的数据写入起始位置和在前处理的小 I/O请求的终点位置相邻,则很快可以找到在后处理的小I/O请求的数据写入起始位置,那么该在后处理的小I/O请求响应速度就会较快;若在后处理的小I/O请求的数据写入起始位置和在前处理的小 I/O请求的终点位置不相邻,则需要耗费较多的时间来查找在后处理的小I/O请求的数据写入起始位置,那么该在后处理的I/O请求响应速度就会比较慢。如果每个在前的小I/O请求的数据写入终点位置都与在后的小I/O请求的数据写入起始位置相邻,那这些小I/O请求形成了数据存储段相连的多个小I/O请求。针对数据存储段与上一个I/O请求相连的小I/O请求,即使不进行缓存就直接写入到机械硬盘中,也能使虚拟机保持较高的I/O请求响应速度。藉此,发明人想出一种解决方案,对于数据存储段与上一个I/O请求相连的小I/O请求,不对其请求写入的数据进行缓存,减少缓存的数据量以避免把有限的缓存空间占用殆尽,充分利用缓存空间使得虚拟机响应速度整体上最大化。
为了解决上述技术问题,本发明的一种虚拟机数据缓存方法,接收多个I/O请求,依次对各个I/O请求所请求写入的数据进行缓存,若符合判断条件,则不对其请求写入的数据进行缓存,所述判断条件包括条件T1:本次I/O请求的数据存储段与上一次I/O请求的相连,即本次I/O请求与上一次I/O请求一起形成数据存储段相连的两个I/O请求。
可选地,所述判断条件包括条件T2:本次I/O请求与上1~k次I/O请求一起形成数据存储段相连的k+1个I/O请求,这k+1个I/O请求的数据写入总量超过预设阈值A1,其中k为正整数。
可选地,所述预设阈值A1为4MiB 。
可选地,若判断出本次I/O请求所请求写入的数据量超过预设阈值A2,则不对其请求写入的数据进行缓存。
可选地,所述预设阈值A2为4MiB,或者等于预设阈值A1。
可选地,对每次I/O请求执行如下的数据存储位置记录步骤:记录本次I/O请求的数据写入起始位置和数据写入终点位置。
可选地,以I/O请求的数据存储位置相对于物理地址起点的存储偏移量作为所述数据写入起始位置,以所述存储偏移量与数据长度的叠加值作为所述数据写入终点位置。
可选地,具体系将数据缓存至本虚拟机所使用的远程存储设备中的固态硬盘。
一种计算机可读存储介质,其上存储有可执行的计算机程序,该计算机程序被执行时实现如上所述的虚拟机数据缓存方法。
由于数据存储段相连的两个I/O请求的数据写入位置是连续的,容易找到数据存储段位于后面的 I/O请求的数据写入起始位置,可以较快地将该I/O请求写入到机械硬盘中,因此,该虚拟机数据缓存方法若判断出本次I/O请求与上一次I/O请求一起形成数据存储段相连的两个I/O请求,就不对本次I/O请求所请求写入的数据进行缓存而是将其请求写入的数据直接写入到机械硬盘中,如此则能够充分利用缓存空间,整体上提高虚拟机响应速度。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明创造作详细说明。
一台物理计算机上运行了多台虚拟机,这些虚拟机使用远程存储设备进行数据存储,远程存储设备中用于正常存储虚拟机数据的磁盘是机械硬盘,远程存储设备还设有用作缓存盘的固态硬盘。该物理计算机(下文称为宿主机)包括处理器和计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质存储有可执行的计算机程序,处理器执行该计算机程序从而实现虚拟机数据缓存方法如下:
用户预先在计算机可读存储介质中为每台虚拟机建立一个哈希表,用于记录该台虚拟机的I/O请求的数据存储位置。以其中一台虚拟机为例,虚拟机每接收到I/O请求,就会将I/O请求放入到I/O队列中以便按顺序逐个处理。虚拟机从I/O队列中取出第一个I/O请求,先判断本次I/O请求的数据写入量是否超过预设阈值A2(预设阈值A2=4MiB),假设本次I/O请求的数据写入量为1.2MiB,不超过4MiB(即不超过预设阈值A2),则再从哈希表中查询上一次I/O请求的数据写入终点位置,由于当前I/O请求是虚拟机处理的第一个I/O请求,哈希表尚未记录有I/O请求的数据存储位置,也就是查询不到结果,则将本次I/O请求所请求写入的数据缓存到远程存储设备的固态硬盘中,并且,以本次I/O请求的数据存储位置相对于物理地址起点的存储偏移量作为数据写入起始位置,以上述存储偏移量与数据长度的叠加值作为所述数据写入终点位置,将本次I/O请求的数据写入起始位置和数据写入终点位置记录到哈希表中。由于固态硬盘的读写速度比机械硬盘的要快许多,虚拟机将数据缓存到固态硬盘中就返回响应消息,然后从固态硬盘中把数据写入到虚拟机所使用的机械硬盘中,然后删除固态硬盘对应的数据。这样一来,可以提高虚拟机的I/O响应速度。
缓存好之后,虚拟机从I/O队列中取出第二个I/O请求,先判断本次I/O请求的数据写入量是否超过预设阈值A2,假设本次I/O请求的数据写入量为1.8MiB,不超过4MiB(即不超过预设阈值A2),则再查询哈希表上一个I/O请求(即第一个I/O请求)的数据写入终点位置,根据本次I/O请求的存储偏移量,判断本次I/O请求的数据写入起始位置是否与哈希表中第一个I/O请求的数据写入终点位置相邻,假设本次I/O请求的数据写入起始位置与第一个I/O请求的数据写入终点位置相邻,意味着本次I/O请求与上一次I/O请求一起形成数据存储段相连的两个I/O请求,就记录这两个I/O请求所请求写入的数据写入总量为1.2+1.8=3MiB,这两个I/O请求的数据写入总量不超过预设阈值A1(预设阈值A1=4MiB),遂将本次I/O请求所请求写入的数据缓存到远程存储设备的固态硬盘中并将本次I/O请求的数据写入起始位置和数据写入终点位置写入到哈希表中。
缓存好之后,虚拟机从I/O队列取出第三个I/O请求,先判断本次I/O请求的数据写入量是否超过预设阈值A2,假设本次I/O请求的数据写入量为1.3MiB,不超过4MiB(即不超过预设阈值A2),则再查询哈希表中第二个I/O请求的数据写入终点位置,根据本次I/O请求的存储偏移量,判断本次I/O请求的数据写入起始位置是否与哈希表中第二个I/O请求的数据写入终点位置相邻,假设本次I/O请求的数据写入起始位置与第二个I/O请求的数据写入终点位置相邻意味着本次I/O请求与上两次I/O请求一起形成数据存储段相连的三个I/O请求,则记录本次I/O请求和上两次I/O请求的数据写入总量为1.3+3=4.3MiB,超过了4MiB(即超过了预设阈值A1),如此则判定本次I/O请求和上两次I/O请求形成了数据存储段相连的三个I/O请求,遂不对本次I/O请求所请求写入的数据进行缓存,而是直接将其数据写入到机械硬盘中,并将本次I/O请求的数据写入起始位置和数据写入终点位置写入到哈希表中。由于本次I/O请求的数据写入起始位置和第二个I/O请求的数据写入终点位置相邻,很快可以找到本次I/O请求的数据写入起始位置,直接将其数据写入到机械硬盘中就相对较快。
将数据写入到机械硬盘中之后,虚拟机从I/O队列取出第四个I/O请求,先判断本次I/O请求的数据写入量是否超过预设阈值A2,假设本次I/O请求的数据写入量为0.5MiB,不超过4MiB(即不超过预设阈值A2),则再查询哈希表中上一个I/O请求(即第三个I/O请求)的数据写入终点位置,根据本次I/O请求的存储偏移量,判断本次I/O请求的数据写入起始位置是否与哈希表中第三个I/O请求的数据写入终点位置相邻,假设本次I/O请求的数据写入起始位置与第三个I/O请求的数据写入终点位置相邻,意味着本次I/O请求与上三次I/O请求一起形成数据存储段相连的四个I/O请求,则记录本次I/O请求和上三次的数据写入总量为0.5+4.3=4.8MiB,超过了4MiB(即超过了预设阈值A1),遂不对本次I/O请求所请求写入的数据进行缓存,而是直接将其数据写入到机械硬盘中,并将本次I/O请求的数据写入起始位置和数据写入终点位置写入到哈希表中。同理,虚拟机再从I/O队列取出第五个I/O请求,按照同样的流程进行判断,假设本次I/O请求的数据存储段与上一次I/O请求的相连,则同样直接将其数据写入到机械硬盘中。
将数据写入到机械硬盘中之后,虚拟机从I/O队列中取出第六个I/O请求,按照同样的流程进行判断,假设本次I/O请求的数据写入起始位置不与第五个I/O请求的数据写入终点位置相邻,则判断出本次I/O请求的数据存储段不与上一次I/O请求相连,本次I/O请求与上一次I/O请求不构成数据存储段相连的两个I/O请求,就将本次I/O请求所请求写入的数据缓存到远程存储设备的固态硬盘中并将本次I/O请求的数据写入起点位置和数据写入终点位置写入到哈希表中。
缓存好第六个I/O请求的数据之后,虚拟机从I/O队列中取出第七个I/O请求,假设该I/O请求所请求写入的数据写入量为4.5MiB,超过了4MiB(即超过了预设阈值A2),那么就直接将本次I/O请求的数据写入到机械硬盘中,并将其数据写入起始位置和数据写入终点位置记录到哈希表中。数据写入量超过了4MiB的I/O请求称为大I/O请求,其数据写入量比较大,若对其数据进行缓存会占用较多的缓存空间,由于大I/O请求的数量通常较少,其响应速度不会对虚拟机整体上的响应速度造成太大影响,因此将大I/O请求的数据直接写入到机械硬盘中不会导致虚拟机显著降低响应速度,反而能够保证缓存空间的充足。
同样地,虚拟机按照上述的判断流程对后续取出的每个I/O请求进行判断,若:
判断出本I/O请求的数据写入量大于预设阈值A2(4MiB),
或者判断出本次I/O请求数据存储段与上一次I/O请求的相连且本次I/O请求与上1~k次I/O请求一起形成数据存储段相连的k+1个I/O请求,这k+1个I/O请求的数据写入总量超过预设阈值A1(4MiB),其中k为正整数;
则不对本次I/O请求写入的数据进行缓存,直接将本次I/O请求的数据写入到机械硬盘中。
非优选地,本实施例将预设阈值A1和A2都设为4MiB,其他实施例可将预设阈值A1和A2改设为不同的值。
非优选地,本实施例在数据存储段相连的多个I/O请求的数据写入总量超过预设阈值A1时,才不对本次I/O请求进行缓存。其他实施例可以改为只要本次I/O请求的数据存储段与上一次I/O请求的相连就不对本次I/O请求所请求写入的数据进行缓存。
最后应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明创造的技术方案,而非对本发明创造保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明创造作了详细地说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明创造的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明创造技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种虚拟机数据缓存方法,接收多个I/O请求,依次对各个I/O请求所请求写入的数据进行缓存,其特征是:若符合判断条件,则不对其请求写入的数据进行缓存,所述判断条件包括条件T1:本次I/O请求的数据存储段与上一次I/O请求的相连,即本次I/O请求与上一次I/O请求一起形成数据存储段相连的两个I/O请求。
2.如权利要求1所述的虚拟机数据缓存方法,其特征是所述判断条件包括条件T2:本次I/O请求与上1~k次I/O请求一起形成数据存储段相连的k+1个I/O请求,这k+1个I/O请求的数据写入总量超过预设阈值A1,其中k为正整数。
3.如权利要求2所述的虚拟机数据缓存方法,其特征是:所述预设阈值A1为4MiB。
4.如权利要求1或2所述的虚拟机数据缓存方法,其特征是:若判断出本次I/O请求所请求写入的数据量超过预设阈值A2,则不对其请求写入的数据进行缓存。
5.如权利要求4所述的虚拟机数据缓存方法,其特征是:所述预设阈值A2为4MiB,或者等于预设阈值A1。
6.如权利要求1或2所述的虚拟机数据缓存方法,其特征是对每次I/O请求执行如下的数据存储位置记录步骤:记录本次I/O请求的数据写入起始位置和数据写入终点位置。
7.如权利要求6所述的虚拟机数据缓存方法,其特征是:以I/O请求的数据存储位置相对于物理地址起点的存储偏移量作为所述数据写入起始位置,以所述存储偏移量与数据长度的叠加值作为所述数据写入终点位置。
8.如权利要求1或2所述的虚拟机数据缓存方法,其特征是:具体系将数据缓存至本虚拟机所使用的远程存储设备中的固态硬盘。
9.一种计算机可读存储介质,其上存储有可执行的计算机程序,其特征是:该计算机程序被执行时实现如权利要求1至8当中任一项所述的虚拟机数据缓存方法。
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Assignee: GUANGZHOU AEROSPACE YUNHONG TECHNOLOGY CO.,LTD.

Assignor: WINHONG INFORMATION TECHNOLOGY CO.,LTD.

Contract record no.: X2023980035964

Denomination of invention: Virtual Machine Data Caching Methods and Computer readable Storage Media

Granted publication date: 20211109

License type: Common License

Record date: 20230525

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