CN113835639B - 一种i/o请求处理方法、装置、设备及可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种I/O请求处理方法、装置、设备及可读存储介质。本申请提供了1个主映射表和N个子映射表，在这些映射表中，能够找到一个可以直接完成非对齐I/O的子映射表，无需从硬盘读取相邻数据对非对齐I/O进行补齐，也无需写入大于当前非对齐I/O的大小的数据，从而降低硬盘的读写放大，能够提升非对齐I/O的性能和硬盘的使用寿命。相应地，本申请提供的一种I/O请求处理装置、设备及可读存储介质，也同样具有上述技术效果。

Description

一种I/O请求处理方法、装置、设备及可读存储介质
技术领域
本申请涉及计算机技术领域，特别涉及一种I/O请求处理方法、装置、设备及可读存储介质。
背景技术
目前，硬盘中的映射表以固定大小的映射粒度写入数据，例如：映射表的映射粒度为4K，那么要求以4K大小写入数据。当要写入小于4K的数据(如1K数据)时，就需要先从硬盘读取4K大小的数据，然后将此时要写入的1K数据合并到所读取的4K数据中，之后写入合并后的4K数据至硬盘，以完成1K数据的写入。可见，原本仅需写入1K数据，但上述过程不仅先从硬盘中读取了4K数据，又写入了4K数据到硬盘，因此存在读放大和写放大，降低了盘的使用寿命。
因此，如何降低硬盘的读放大和写放大，是本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种I/O请求处理方法、装置、设备及可读存储介质，以降低硬盘的读放大和写放大。其具体方案如下：
第一方面，本申请提供了一种I/O请求处理方法，应用于固态硬盘，包括：
接收主机发送的I/O请求；
若基于主映射表的主映射粒度从所述I/O请求中拆分出非对齐I/O，则由高级别至低级别逐一查询预设的N个级别的子映射表；其中，主映射表为最高级别子映射表的上一级别映射表，所述主映射表和任一子映射表中的任一映射项与物理地址或下一级别映射表中的所有映射项存在映射关系；N为不小于1的正整数；
若首次查询到子映射粒度不大于非对齐I/O的大小的目标子映射表，则判断所述非对齐I/O的大小是否为所述目标子映射表的子映射粒度的整数倍；
若是，则写入所述非对齐I/O至目标物理地址，并在所述目标子映射表中记录所述非对齐I/O的目标逻辑地址与所述目标物理地址之间的映射关系。
优选地，还包括：
若首次查询到所述目标子映射表，但所述非对齐I/O的大小不是所述子映射粒度的整数倍，则从所述非对齐I/O中确定目标I/O；所述目标I/O的大小为所述目标子映射表的子映射粒度的整数倍；
写入所述目标I/O至相应物理地址，并在所述目标子映射表中记录所述目标I/O的逻辑地址与相应物理地址之间的映射关系；
将所述非对齐I/O中除所述目标I/O之外的剩余I/O作为所述非对齐I/O，并继续查询所述目标子映射表的下一级别映射表，直至完成所述非对齐I/O的写入。
优选地，还包括：
若查询完所有子映射表后所述非对齐I/O未完成写入，则在所有子映射表中确定最低级别子映射表；
为所述最低级别子映射表创建下一级别子映射表；创建所得的下一级别子映射表的子映射粒度能够被所述非对齐I/O的大小整除；
写入所述非对齐I/O至相应物理地址，并在创建所得的下一级别子映射表中记录所述非对齐I/O的逻辑地址与相应物理地址之间的映射关系。
优选地，所述为所述最低级别子映射表创建下一级别子映射表，包括：
在所述最低级别子映射表中确定所述非对齐I/O对应的可更新映射项；
创建目标表，并确定所述目标表中的映射项的个数；
初始化所述目标表中的所有映射项，并将所述可更新映射项指向的物理地址更新为所述目标表中的所有映射项；
将所述目标表确定为创建所得的下一级别子映射表。
优选地，所述确定所述目标表中的映射项的个数，包括：
确定所述目标表的子映射粒度，并将所述可更新映射项的大小与所述目标表的子映射粒度的比值，确定为所述目标表中的映射项的个数。
优选地，还包括：
若基于所述主映射粒度从所述I/O请求中拆分出所述非对齐I/O，且N个级别的子映射表中存在子映射粒度能够被所述非对齐I/O的大小整除的对象子映射表，则写入所述非对齐I/O至相应物理地址，并在所述对象子映射表中记录所述非对齐I/O的逻辑地址与相应物理地址之间的映射关系。
优选地，还包括：
将任意子映射表中的所有映射项指向的物理地址中的数据垃圾回收至其他物理地址后，释放该子映射表占用的内存资源，并将该子映射表的上一级别映射表中的相应映射项指向所述其他物理地址。
优选地，还包括：
若基于所述主映射粒度从所述I/O请求中拆分出对齐I/O，则写入所述对齐I/O至相应物理地址，并在所述主映射表中记录所述对齐I/O的逻辑地址与相应物理地址之间的映射关系。
第二方面，本申请提供了一种I/O请求处理装置，应用于固态硬盘，包括：
接收模块，用于接收主机发送的I/O请求；
拆分模块，用于若基于主映射表的主映射粒度从所述I/O请求中拆分出非对齐I/O，则由高级别至低级别逐一查询预设的N个级别的子映射表；其中，主映射表为最高级别子映射表的上一级别映射表，所述主映射表和任一子映射表中的任一映射项与物理地址或下一级别映射表中的所有映射项均存在映射关系；N为不小于1的正整数；
非对齐I/O处理模块，用于若首次查询到子映射粒度不大于非对齐I/O的大小的目标子映射表，则判断所述非对齐I/O的大小是否为所述目标子映射表的子映射粒度的整数倍；若是，则写入所述非对齐I/O至目标物理地址，并在所述目标子映射表中记录所述非对齐I/O的目标逻辑地址与所述目标物理地址之间的映射关系。
第三方面，本申请提供了一种电子设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序，以实现前述公开的I/O请求处理方法。
第四方面，本申请提供了一种可读存储介质，用于保存计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现前述公开的I/O请求处理方法。
通过以上方案可知，本申请提供了一种I/O请求处理方法，应用于固态硬盘，包括：接收主机发送的I/O请求；若基于主映射表的主映射粒度从所述I/O请求中拆分出非对齐I/O，则由高级别至低级别逐一查询预设的N个级别的子映射表；其中，主映射表为最高级别子映射表的上一级别映射表，所述主映射表和任一子映射表中的任一映射项与物理地址或下一级别映射表中的所有映射项存在映射关系；N为不小于1的正整数；若首次查询到子映射粒度不大于非对齐I/O的大小的目标子映射表，则判断所述非对齐I/O的大小是否为所述目标子映射表的子映射粒度的整数倍；若是，则写入所述非对齐I/O至目标物理地址，并在所述目标子映射表中记录所述非对齐I/O的目标逻辑地址与所述目标物理地址之间的映射关系。
可见，本申请提供的固态硬盘中设有一个主映射表和N个子映射表，这些映射表按照级别或映射粒度大小(即映射项的大小)由高至低排列为：主映射表--最高级别子映射表--……--最低级别子映射表，且相邻映射表(即：上下两级映射表)之间存在映射关系。针对I/O请求中的非对齐I/O，可以逐一查询N个级别的子映射表来完成其写入操作。若首次查询到子映射粒度不大于非对齐I/O的大小的目标子映射表，则判断非对齐I/O的大小是否为目标子映射表的子映射粒度的整数倍；若是，则表明目标子映射表的子映射粒度与当前非对齐I/O的大小匹配，无需从硬盘读取相邻数据对非对齐I/O进行补齐，也无需写入大于当前非对齐I/O的大小的数据，直接将当前非对齐I/O写入至目标物理地址，并在目标子映射表中记录非对齐I/O的目标逻辑地址与目标物理地址之间的映射关系。也即：针对非对齐I/O，在本申请提供的众多子映射表中，能够找到一个可以直接完成非对齐I/O的子映射表，从而降低硬盘的读写放大，能够提高硬盘的使用寿命。
相应地，本申请提供的一种I/O请求处理装置、设备及可读存储介质，也同样具有上述技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请公开的一种I/O请求处理方法流程图；
图2为本申请公开的相邻的上下两级映射表的映射示意图；
图3为本申请公开的一种非对齐I/O写入示意图；
图4为本申请公开的一种I/O请求处理装置示意图；
图5为本申请公开的一种电子设备示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
目前，非对齐I/O的写入存在读放大和写放大，降低了盘的使用寿命。为此，本申请提供了一种I/O请求处理方案，能够降低硬盘的读写放大，提高硬盘的使用寿命。
参见图1所示，本申请实施例公开了一种I/O请求处理方法，应用于固态硬盘，包括：
S101、接收主机发送的I/O请求。
S102、若基于主映射表的主映射粒度从I/O请求中拆分出非对齐I/O，则由高级别至低级别逐一查询预设的N个级别的子映射表。
需要说明的是，主机下发的I/O请求所要写入的I/O大小可能大于主映射表的主映射粒度，也可能小于主映射表的主映射粒度。当要写入的I/O大小为主映射表的主映射粒度的整数倍时，认为当前是对齐I/O，此时可直接完成I/O写入，无需从硬盘读取相邻数据对非对齐I/O进行补齐，也无需写入大于当前I/O大小的数据，因此降低了写放大和读放大。当要写入的I/O大小小于主映射表的主映射粒度时，认为当前写入的I/O是非对齐I/O，此时可以使用N个级别的子映射表将当前I/O当作对齐I/O进行处理，因此也降低了写放大和读放大。
其中，主映射表为最高级别子映射表的上一级别映射表，主映射表和任一子映射表中的任一映射项与物理地址或下一级别映射表中的所有映射项存在映射关系；N为不小于1的正整数，也即：N＝1、2、3、4……N。
在本实施例提供的固态硬盘中，设有1个主映射表和N个子映射表，这些映射表按照级别或映射粒度大小(即映射项的大小)由高至低排列为：主映射表--最高级别子映射表--……--最低级别子映射表，且相邻映射表(即：上下两级映射表)之间存在映射关系。
针对任一个映射表，映射粒度大小与表中的映射项个数的乘积，即为该映射表映射的整体物理地址空间大小。一个映射表中的任一个映射项用于记录逻辑地址和物理地址之间的映射关系。一个映射表中的每个映射项都可以指向下一级别映射表，因此同一级别的子映射表的个数有多个，但主映射表只有一个。
相邻的上下两级映射表可参见图2。若图2中的上一级别映射表为主映射表，则该映射表就没有上一级别映射表。若图2中的上一级别映射表不是主映射表，则该映射表就有上一级别映射表。由图2可看出：上一级别映射表中的某一个映射项可指向下一级别映射表中的全部映射项，也就是：上一级别映射表中的这一个映射项所指向的物理地址在下一级别映射表中进行了更细粒度的划分。在图2中，物理地址p即表示某一非对齐I/O的写入位置。
假设固态硬盘中设有1个主映射表和2个子映射表，主映射表的主映射粒度为4K，表示主映射表中的一个映射项指向4K大小的物理地址空间。子映射表1(最高级别子映射表)的子映射粒度为2K，表示该子映射表中的一个映射项指向2K大小的物理地址空间。子映射表1(最低级别子映射表)的子映射粒度为1K，表示该子映射表中的一个映射项指向1K大小的物理地址空间。那么这3个映射表的级别由高至低为：主映射表--子映射表1--子映射表2，这三个级别的映射表的映射项大小(即映射粒度大小)分别为：4K-2K-1K。
在这三个级别的映射表中，相邻映射表之间的映射关系为：主映射表中的某一个映射项指向下一级别的子映射表1的整体物理地址空间大小，具体为：主映射表中的一个4K大小的映射项在子映射表1中呈现为2个2K大小的映射项。相应的，子映射表1中的某一个映射项指向下一级别的子映射表2的整体物理地址空间大小，具体为：子映射表1中的一个2K大小的映射项在子映射表2中呈现为2个1K大小的映射项。
当然，若子映射表1中的每个映射项都指向子映射表2，那么可以没有子映射表1，那么主映射表与子映射表2的映射粒度大小分别为：4K-1K，那么二者之间的映射关系为：主映射表中的一个4K大小的映射项在子映射表2中呈现为4个1K大小的映射项。在子映射表1中的每个映射项都指向子映射表2，且有子映射表1的情况下，子映射表1仅用于确定主映射表中的映射项与子映射表2中的映射项之间的映射关系。
S103、若首次查询到子映射粒度不大于非对齐I/O的大小的目标子映射表，则在非对齐I/O的大小为目标子映射表的子映射粒度的整数倍的情况下，写入非对齐I/O至目标物理地址，并在目标子映射表中记录非对齐I/O的目标逻辑地址与目标物理地址之间的映射关系。
在本实施例中，总能够找到一个可以直接完成非对齐I/O的子映射表，无需从硬盘读取相邻数据对非对齐I/O进行补齐，也无需写入大于当前非对齐I/O的大小的数据，从而降低硬盘的读写放大，能够提升非对齐I/O的性能和硬盘的使用寿命。具体的，针对非对齐I/O，依次查询各个子映射表，若首次查询到子映射粒度不大于非对齐I/O的大小的目标子映射表，则表明基于目标子映射表可以直接写入当前非对齐I/O中的全部或部分I/O，那么在非对齐I/O的大小为目标子映射表的子映射粒度的整数倍的情况下，表明基于目标子映射表可以直接写入当前非对齐I/O中的全部I/O，那么写入非对齐I/O至目标物理地址，并在目标子映射表中记录非对齐I/O的目标逻辑地址与目标物理地址之间的映射关系，降低了写放大和读放大。
例如：从I/O请求中拆分出的非对齐I/O的大小为2K，那么在三个级别的映射表的映射项大小分别为“4K(主映射表)-2K(子映射表1)-1K(子映射表2)”的情况下，那么首次查询到的目标子映射表即为子映射表1，此时子映射表1的子映射粒度2K不大于非对齐I/O的大小2K，且非对齐I/O的大小2K是子映射表1的子映射粒度2K的1倍，因此可直接基于子映射表1完成非对齐I/O的写入，并在子映射表1中的一个映射项(该映射项与主映射表的某一个映射项存在映射关系，主映射表中的这一个映射项指示当前非对齐I/O的目标逻辑地址)中记录非对齐I/O的写入位置(即目标物理地址)与非对齐I/O的目标逻辑地址的映射关系。
其中，从I/O请求中拆分出非对齐I/O包括：按照主映射表的主映射粒度的大小从I/O请求中拆分出非对齐I/O。例如：I/O请求要写入7K的数据，主映射粒度为4K，那么I/O请求中的对齐I/O为4K，非对齐I/O为3K。假设I/O请求要写入35K的数据，主映射粒度为4K，那么I/O请求中的对齐I/O为32K，非对齐I/O为1K。I/O请求要写入3K的数据，主映射粒度为4K，那么I/O请求中的对齐I/O为0K，非对齐I/O为3K。可见，对齐I/O是主映射粒度的整数倍，也即：当前待写入I/O与主映射粒度对齐。非对齐I/O的大小小于主映射粒度的大小，也即：当前待写入I/O与主映射粒度不对齐。
可见，本实施例针对I/O请求中的非对齐I/O，可以逐一查询N个级别的子映射表来完成其写入操作。若首次查询到子映射粒度不大于非对齐I/O的大小的目标子映射表，则判断非对齐I/O的大小是否为目标子映射表的子映射粒度的整数倍；若是，则表明目标子映射表的子映射粒度与当前非对齐I/O的大小匹配，无需从硬盘读取相邻数据对非对齐I/O进行补齐，也无需写入大于当前非对齐I/O的大小的数据，直接将当前非对齐I/O写入至目标物理地址，并在目标子映射表中记录非对齐I/O的目标逻辑地址与目标物理地址之间的映射关系。也即：针对非对齐I/O，在本申请提供的众多子映射表中，能够找到一个可以直接完成非对齐I/O的子映射表，从而降低硬盘的读写放大，能够提高硬盘的使用寿命。
基于上述实施例，需要说明的是，若针对非对齐I/O，由高级别至低级别逐一查询N个级别的子映射表的过程中，首次查询到子映射粒度不大于非对齐I/O的大小的目标子映射表，但非对齐I/O的大小不是子映射粒度的整数倍，则从非对齐I/O中确定目标I/O；目标I/O的大小为目标子映射表的子映射粒度的整数倍；写入目标I/O至相应物理地址，并在目标子映射表中记录目标I/O的逻辑地址与相应物理地址之间的映射关系；将非对齐I/O中除目标I/O之外的剩余I/O作为非对齐I/O，并继续查询目标子映射表的下一级别映射表，直至完成非对齐I/O的写入。
例如：从I/O请求中拆分出的非对齐I/O的大小为3K，那么在三个级别的映射表的映射项大小分别为“4K(主映射表)-2K(子映射表1)-1K(子映射表2)”的情况下，那么首次查询到的目标子映射表即为子映射表1，此时子映射表1的子映射粒度2K不大于非对齐I/O的大小3K，且非对齐I/O的大小3K不是子映射表1的子映射粒度2K的整数倍，因此从3K大小的非对齐I/O中确定出目标I/O(即2K大小的I/O)，以使当前待写入I/O与子映射表1的子映射粒度2K对齐，然后写入2K大小的目标I/O至相应物理地址，并在目标子映射表中记录目标I/O的逻辑地址与相应物理地址之间的映射关系。
之后，还剩1K大小的剩余I/O，将其作为非对齐I/O，并继续查询目标子映射表的下一级别映射表(即子映射表2)，此时子映射表2的子映射粒度1K不大于非对齐I/O的大小1K，且非对齐I/O的大小1K是子映射表2的子映射粒度1K的1倍，因此可直接基于子映射表2完成1K大小的非对齐I/O的写入，并在子映射表2中的一个映射项(该映射项与子映射表1的某一个映射项存在映射关系，子映射表1中的这一个映射项指示当前非对齐I/O的逻辑地址)中记录1K大小的非对齐I/O的写入位置(即物理地址)与该非对齐I/O的逻辑地址的映射关系，从而完成非对齐I/O的写入。此方式可称为：针对非对齐I/O分次写入，即：针对3K大小的非对齐I/O，先用子映射表1写其中的2K，再用子映射表2写剩下的1K。
基于上述实施例，需要说明的是，若针对非对齐I/O，由高级别至低级别逐一查询完N个级别的子映射表后，但非对齐I/O未完成写入，则在所有子映射表中确定最低级别子映射表；为最低级别子映射表创建下一级别子映射表；创建所得的下一级别子映射表的子映射粒度能够被非对齐I/O的大小整除；写入非对齐I/O至相应物理地址，并在创建所得的下一级别子映射表中记录非对齐I/O的逻辑地址与相应物理地址之间的映射关系。
其中，为最低级别子映射表创建下一级别子映射表，包括：在最低级别子映射表中确定非对齐I/O对应的可更新映射项(即指示当前非对齐I/O的逻辑地址的映射项)；创建目标表，并确定目标表中的映射项的个数；初始化目标表中的所有映射项，并将可更新映射项指向的物理地址更新为目标表中的所有映射项；将目标表确定为创建所得的下一级别子映射表。其中，任一个映射表的映射项的大小(映射粒度的大小)在设计硬盘时指定，且所有映射表的个数也在设计硬盘时指定。
其中，确定目标表中的映射项的个数，包括：确定目标表的子映射粒度，并将可更新映射项的大小与目标表的子映射粒度的比值，确定为目标表中的映射项的个数。如：可更新映射项的大小为4K，目标表的子映射粒度为1K，那么目标表中的映射项的个数即为4K/1K＝4个。
例如：从I/O请求中拆分出的非对齐I/O的大小为3K，那么在2个级别的映射表的映射项大小分别为“4K(主映射表)-2K(子映射表1)”的情况下，那么首次查询到的目标子映射表即为子映射表1，此时子映射表1的子映射粒度2K不大于非对齐I/O的大小3K，且非对齐I/O的大小3K不是子映射表1的子映射粒度2K的整数倍，因此从3K大小的非对齐I/O中确定出目标I/O(即2K大小的I/O)，以使当前待写入I/O与子映射表1的子映射粒度2K对齐，然后写入2K大小的目标I/O至相应物理地址，并在目标子映射表中记录目标I/O的逻辑地址与相应物理地址之间的映射关系。
之后，还剩1K大小的剩余I/O，但目标子映射表没有下一级别映射表，也就是查询完所有映射表后，但非对齐I/O未完成写入，此时在所有子映射表中确定最低级别子映射表(即子映射表1)；为子映射表1创建下一级别子映射表(即子映射表2)，且创建所得的下一级别子映射表的子映射粒度能够被非对齐I/O的大小整除，因此子映射表2的子映射粒度为1K，那么可以基于子映射表2直接写入1K大小的非对齐I/O至相应物理地址，并在创建所得的子映射表2中记录非对齐I/O的逻辑地址与相应物理地址之间的映射关系。此方式可称为：针对非对齐I/O分次写入后再新建表写入，即：针对3K大小的非对齐I/O，先用子映射表1写其中的2K，还剩1K未完成写入且没有映射粒度为1K的映射表，那么创建映射粒度为1K的映射表，以完成剩余的1K大小的I/O的写入。
基于上述实施例，需要说明的是，针对非对齐I/O，可以由高级别至低级别逐一查询N个级别的子映射表，以从所有子映射表挑选出一个子映射粒度能够被非对齐I/O的大小整除的对象子映射表，从而直接完成非对齐I/O的写入，无需分次写入。因此若基于主映射粒度从I/O请求中拆分出非对齐I/O，且N个级别的子映射表中存在子映射粒度能够被非对齐I/O的大小整除的对象子映射表，则写入非对齐I/O至相应物理地址，并在对象子映射表中记录非对齐I/O的逻辑地址与相应物理地址之间的映射关系。
例如：从I/O请求中拆分出的非对齐I/O的大小为3K，那么在三个级别的映射表的映射项大小分别为“4K(主映射表)-2K(子映射表1)-1K(子映射表2)”的情况下，那么直接挑选出子映射表2作为对象子映射表，以使当前待写入I/O与子映射表2的子映射粒度1K对齐，然后写入3K大小的I/O至相应物理地址，并在子映射表2中记录I/O的逻辑地址与相应物理地址之间的映射关系。此方式可称为：针对非对齐I/O选择对齐表直接写入，即：针对3K大小的非对齐I/O，直接用子映射表2写3个1K，以完成3K大小的非对齐I/O的写入。
基于上述实施例，需要说明的是，N个级别的子映射表是动态存在的，也即：子映射表可以根据需要即时创建，也可以基于垃圾回收进行删除。在一种具体实施方式中，将任意子映射表中的所有映射项指向的物理地址中的数据垃圾回收至其他连续的物理地址后，释放该子映射表占用的内存资源，并将该子映射表的上一级别映射表中的相应映射项指向其他物理地址。
例如：某一个子映射表中的所有映射项都指向物理地址(最低级别的映射表比较常见)，那么就可以将这些物理地址里存储的数据进行整合，然后将整合后的数据存储至某一连续物理地址，那么该子映射表中的所有映射项指向的这些物理地址里的数据就可以删除，因此该子映射表就没有用了，所以释放该子映射表占用的内存资源，也即删除该子映射表。当然，整合后的数据还是需要用映射表记录逻辑地址和物理地址的映射关系的，此时用将该子映射表的上一级别映射表中的相应映射项(用于指示整合后的数据的逻辑地址的映射项)记录该映射关系(也即：整合后的数据的逻辑地址和整合后的数据的新存储位置之间的映射关系)。
基于上述实施例，需要说明的是，对于对齐I/O，直接用主映射表写入对齐I/O至相应物理地址，并在主映射表中记录对齐I/O的逻辑地址与相应物理地址之间的映射关系。
请参见图3，下面以两级映射表详细介绍本申请提供的方案，这两级映射表包括：1个主映射表和1个子映射表，假设主映射表的主映射粒度为4K，子映射表的子映射粒度为512字节，那么主映射表中的一个映射项可以指向子映射表中的4K/512字节＝8个映射项或是指向具体的物理地址。也即：主映射表用于进行对齐I/O的写入，而子映射表用于进行非对齐I/O的写入。
主映射表不仅可直接映射到物理地址，而且可以指向子映射表，这样通过子映射表更小粒度的映射来解决不对齐问题，不再需要通过读补齐，从而达到提升性能的目的，特别是对系统中存在少量非对齐写的场景，在不大幅增加系统开销的情况下可大幅提升系统性能。如图3所示，非对齐I/O为512字节，可基于子映射表直接完成该512字节的写入，无需从硬盘读取相邻数据对非对齐I/O进行补齐，也无需写入大于当前非对齐I/O的大小的数据，降低硬盘的读写放大，提高了盘的使用寿命。
固态硬盘中具体的I/O写入流程可以为：
1、FW(Flash Memory，闪存)收到非对齐I/O写大小为m。
2、FW按主映射粒度(4K)对非对齐I/O进行拆分，拆分为对齐I/O部分和非对齐I/O部分。
3、FW对对齐I/O部分按对齐写方式直接完成写入。
4、FW对非对齐I/O部分，查询主映射表；若主映射表中指示非对齐I/O的映射项已指向子映射表，则表明该映射项进行过非对齐写；若主映射表中指示非对齐I/O的映射项未指向子映射表，则表明该映射项未进行过非对齐写。
4a：如果进行过非对齐写，则基于已有的子映射表直接进行写。
4b：如果未进行过非对齐写，则需要为指示非对齐I/O的映射项创建一个小粒度的映射子表。
4b-a：计算子映射表的大小。计算过程为：4K/512字节＝8个entry(即映射项)。
4b-b：申请子映射表，并按照512字节的粒度大小初始化子映射表中的各个entry，以得到包括8个512字节的entry的子映射表。
4b-c：将主映射表中指示非对齐I/O的映射项指向新创建的子映射表。也即：将主映射表中相应映射项的逻辑地址的映射指向子映射表。
5、给非对齐I/O分配物理地址地址，以将非对齐I/O写入Nand。
6、在子映射表中的相应entry中记录新分配的物理地址地址。
子映射表的动态释放：对子映射表的映射空间进行垃圾回收时，基于主映射表回收子映射表的映射空间里存储的数据，并删除子映射表。垃圾回收后，用主映射表记录被回收数据的新Nand地址，释放子映射表占用的DDR空间。
可见，该方案对非对齐写的映射空间动态建立下一级更小粒度的子映射表，在进行GC或空间资源不足的情况下，可以释放对应的子表的映射空间，在不大幅增加系统内存资源的情况下达到提升系统性能的目的。本实施例通过采用二级多粒度的映射方法，在不大幅提升系统资源占用的情况下，解决系统中的非对齐I/O因补齐导致系统性能大幅跌落的问题。若在资源不足的情况下无法新建子表，则通过子表把传统非对齐的前台读补齐方式改为后台读补齐方式(即垃圾回收)，也能大幅提升系统非对齐写性能。
下面对本申请实施例提供的一种I/O请求处理装置进行介绍，下文描述的一种I/O请求处理装置与上文描述的一种I/O请求处理方法可以相互参照。
参见图4所示，本申请实施例公开了一种I/O请求处理装置，应用于固态硬盘，包括：
接收模块401，用于接收主机发送的I/O请求；
拆分模块402，用于若基于主映射表的主映射粒度从I/O请求中拆分出非对齐I/O，则由高级别至低级别逐一查询预设的N个级别的子映射表；其中，主映射表为最高级别子映射表的上一级别映射表，主映射表和任一子映射表中的任一映射项与物理地址或下一级别映射表中的所有映射项均存在映射关系；N为不小于1的正整数；
非对齐I/O处理模块403，用于若首次查询到子映射粒度不大于非对齐I/O的大小的目标子映射表，则判断非对齐I/O的大小是否为目标子映射表的子映射粒度的整数倍；若是，则写入非对齐I/O至目标物理地址，并在目标子映射表中记录非对齐I/O的目标逻辑地址与目标物理地址之间的映射关系。
在一种具体实施方式中，还包括：
另一非对齐I/O处理模块，用于若首次查询到目标子映射表，但非对齐I/O的大小不是子映射粒度的整数倍，则从非对齐I/O中确定目标I/O；目标I/O的大小为目标子映射表的子映射粒度的整数倍；写入目标I/O至相应物理地址，并在目标子映射表中记录目标I/O的逻辑地址与相应物理地址之间的映射关系；将非对齐I/O中除目标I/O之外的剩余I/O作为非对齐I/O，并继续查询目标子映射表的下一级别映射表，直至完成非对齐I/O的写入。
在一种具体实施方式中，还包括：
又一非对齐I/O处理模块，用于若查询完所有子映射表后非对齐I/O未完成写入，则在所有子映射表中确定最低级别子映射表；为最低级别子映射表创建下一级别子映射表；创建所得的下一级别子映射表的子映射粒度能够被非对齐I/O的大小整除；写入非对齐I/O至相应物理地址，并在创建所得的下一级别子映射表中记录非对齐I/O的逻辑地址与相应物理地址之间的映射关系。
在一种具体实施方式中，又一非对齐I/O处理模块具体用于：
在最低级别子映射表中确定非对齐I/O对应的可更新映射项；
创建目标表，并确定目标表中的映射项的个数；
初始化目标表中的所有映射项，并将可更新映射项指向的物理地址更新为目标表中的所有映射项；
将目标表确定为创建所得的下一级别子映射表。
在一种具体实施方式中，又一非对齐I/O处理模块具体用于：
确定目标表的子映射粒度，并将可更新映射项的大小与目标表的子映射粒度的比值，确定为目标表中的映射项的个数。
在一种具体实施方式中，还包括：
再一非对齐I/O处理模块，用于若基于主映射粒度从I/O请求中拆分出非对齐I/O，且N个级别的子映射表中存在子映射粒度能够被非对齐I/O的大小整除的对象子映射表，则写入非对齐I/O至相应物理地址，并在对象子映射表中记录非对齐I/O的逻辑地址与相应物理地址之间的映射关系。
在一种具体实施方式中，还包括：
子映射表回收模块，用于将任意子映射表中的所有映射项指向的物理地址中的数据垃圾回收至其他物理地址后，释放该子映射表占用的内存资源，并将该子映射表的上一级别映射表中的相应映射项指向其他物理地址。
在一种具体实施方式中，还包括：
对齐I/O处理模块，用于若基于主映射粒度从I/O请求中拆分出对齐I/O，则写入对齐I/O至相应物理地址，并在主映射表中记录对齐I/O的逻辑地址与相应物理地址之间的映射关系。
其中，关于本实施例中各个模块、单元更加具体的工作过程可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。
可见，本实施例提供了一种I/O请求处理装置，该装置针对非对齐I/O，可以在众多子映射表中找到一个可以直接完成非对齐I/O的子映射表，从而降低硬盘的读写放大，能够提升非对齐I/O的性能和硬盘的使用寿命。
下面对本申请实施例提供的一种电子设备进行介绍，下文描述的一种电子设备与上文描述的一种I/O请求处理方法及装置可以相互参照。
参见图5所示，本申请实施例公开了一种电子设备，包括：
存储器501，用于保存计算机程序；
处理器502，用于执行所述计算机程序，以实现上述任意实施例公开的方法。
下面对本申请实施例提供的一种可读存储介质进行介绍，下文描述的一种可读存储介质与上文描述的一种I/O请求处理方法、装置及设备可以相互参照。
一种可读存储介质，用于保存计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现前述实施例公开的I/O请求处理方法。关于该方法的具体步骤可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。
本申请涉及的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，在本申请中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的可读存储介质中。
本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种I/O请求处理方法，其特征在于，应用于固态硬盘，包括：
接收主机发送的I/O请求；
若基于主映射表的主映射粒度从所述I/O请求中拆分出非对齐I/O，则由高级别至低级别逐一查询预设的N个级别的子映射表；其中，主映射表为最高级别子映射表的上一级别映射表，所述主映射表和任一子映射表中的任一映射项与物理地址或下一级别映射表中的所有映射项均存在映射关系；N为不小于1的正整数；主映射表中的一个映射项指向下一级别的子映射表的整体物理地址空间大小；子映射表中的一个映射项指向下一级别的子映射表的整体物理地址空间大小；
若首次查询到子映射粒度不大于非对齐I/O的大小的目标子映射表，则判断所述非对齐I/O的大小是否为所述目标子映射表的子映射粒度的整数倍；
若是，则写入所述非对齐I/O至目标物理地址，并在所述目标子映射表中记录所述非对齐I/O的目标逻辑地址与所述目标物理地址之间的映射关系。
2.根据权利要求1所述的I/O请求处理方法，其特征在于，还包括：
若首次查询到所述目标子映射表，但所述非对齐I/O的大小不是所述子映射粒度的整数倍，则从所述非对齐I/O中确定目标I/O；所述目标I/O的大小为所述目标子映射表的子映射粒度的整数倍；
将所述目标I/O写入至相应物理地址，并在所述目标子映射表中记录所述目标I/O的逻辑地址与相应物理地址之间的映射关系；
将所述非对齐I/O中除所述目标I/O之外的剩余I/O作为所述非对齐I/O，并继续查询所述目标子映射表的下一级别映射表，直至完成所述非对齐I/O的写入。
3.根据权利要求2所述的I/O请求处理方法，其特征在于，还包括：
若查询完所有子映射表后所述非对齐I/O未完成写入，则在所有子映射表中确定最低级别子映射表；
为所述最低级别子映射表创建下一级别子映射表；创建所得的下一级别子映射表的子映射粒度能够被所述非对齐I/O的大小整除；
写入所述非对齐I/O至相应的物理地址，并在创建所得的下一级别子映射表中记录所述非对齐I/O的逻辑地址与相应物理地址之间的映射关系。
4.根据权利要求3所述的I/O请求处理方法，其特征在于，所述为所述最低级别子映射表创建下一级别子映射表，包括：
在所述最低级别子映射表中确定所述非对齐I/O对应的可更新映射项；
创建目标表，并确定所述目标表中的映射项的个数；
初始化所述目标表中的所有映射项，并将所述可更新映射项指向的物理地址更新为所述目标表中的所有映射项；
将所述目标表确定为创建所得的下一级别子映射表。
5.根据权利要求4所述的I/O请求处理方法，其特征在于，所述确定所述目标表中的映射项的个数，包括：
确定所述目标表的子映射粒度，并将所述可更新映射项的大小与所述目标表的子映射粒度的比值，确定为所述目标表中的映射项的个数。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的I/O请求处理方法，其特征在于，还包括：
若基于所述主映射粒度从所述I/O请求中拆分出所述非对齐I/O，且N个级别的子映射表中存在子映射粒度能够被所述非对齐I/O的大小整除的对象子映射表，则写入所述非对齐I/O至相应物理地址，并在所述对象子映射表中记录所述非对齐I/O的逻辑地址与相应物理地址之间的映射关系。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的I/O请求处理方法，其特征在于，还包括：
将任意子映射表中的所有映射项指向的物理地址中的数据垃圾回收至其他物理地址后，释放该子映射表占用的内存资源，并将该子映射表的上一级别映射表中的相应映射项指向所述其他物理地址。
8.一种I/O请求处理装置，其特征在于，应用于固态硬盘，包括：
接收模块，用于接收主机发送的I/O请求；
拆分模块，用于若基于主映射表的主映射粒度从所述I/O请求中拆分出非对齐I/O，则由高级别至低级别逐一查询预设的N个级别的子映射表；其中，主映射表为最高级别子映射表的上一级别映射表，所述主映射表和任一子映射表中的任一映射项与物理地址或下一级别映射表中的所有映射项均存在映射关系；N为不小于1的正整数；主映射表中的一个映射项指向下一级别的子映射表的整体物理地址空间大小；子映射表中的一个映射项指向下一级别的子映射表的整体物理地址空间大小；
非对齐I/O处理模块，用于若首次查询到子映射粒度不大于非对齐I/O的大小的目标子映射表，则判断所述非对齐I/O的大小是否为所述目标子映射表的子映射粒度的整数倍；若是，则写入所述非对齐I/O至目标物理地址，并在所述目标子映射表中记录所述非对齐I/O的目标逻辑地址与所述目标物理地址之间的映射关系。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序，以实现如权利要求1至7任一项所述的I/O请求处理方法。
10.一种可读存储介质，其特征在于，用于保存计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的I/O请求处理方法。
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