CN115576876A - 一种应用于NVMe SSD的DMA分配与管理方法 - Google Patents

一种应用于NVMe SSD的DMA分配与管理方法 Download PDF

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吴斌
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Abstract

本发明公开一种应用于NVMe SSD的DMA分配与管理方法，本方法估算每个DMA工作量，并且为下次DMA传输分配适量的数据。首先计算某笔数据传输的数据量，当数据量小于某个最小数据量阈值时，则采取着重保持某个DMA的连续工作而不是所有DMA都在频繁传输完毕后又开始的小数据量传输；当数据量大于某个最小数据量阈值时，则认为是大数据量的传输，着重保持所有DMA的连续工作而不是将工作堆积于某个DMA。本方法充分考虑了DMA运行过程中能够体现DMA负载的因素，能够获取准确的DMA状态统计信息，以筛选出最符合开启的DMA进行下次的数据传输，提高控制器中DMA的利用率，提升控制器前端IO处理速度。

Description

一种应用于NVMe SSD的DMA分配与管理方法
技术领域
本发明涉及NVMe存储领域，具体是一种应用于NVMe SSD的DMA分配与管理方法。
背景技术
NVMe SSD是遵循非易失性内存主机控制器接口规范(Non-Volatile Memoryexpress)的固态驱动器(Solid State Disk)。SSD由控制器和存储器组成。一个优秀的NVMeSSD的控制器，能够充分利用PCIE通道的低延时以及并行性，在可控制的存储成本下，极大地提升固态硬盘的读写性能，降低由于AHCI接口带来的高延时，彻底解放STAT时代固态硬盘的极致性能。
作为NVMe SSD重要组成部分的控制器，承担着搭建Host和存储器之间的数据通路，处理Host下发的IO，Admin命令和优化存储器使用等重要任务。在Host与存储器的数据交互中，DMA是提高数据传输效率的一种典型的功能。
在一个典型的NVMe SSD控制器的构成中，一般存在多个前端DMA，以达到数据并行，充分利用总线带宽的目的。前端DMA负责将Host内存中的数据传输到控制器的buffer中，或者将控制器buffer中的数据传输到Host内存中。所以前端DMA的分配管理也就显得尤为重要。现如今的主流控制器中，大多采用固定权重分配的方式，为每个DMA分配固定权重的工作量，此举会造成DMA的不均衡传输，即有的DMA满负荷工作，有的DMA确因为分配权重低不进行DMA传输，造成DMA资源的浪费。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供一种应用于NVMe SSD的DMA分配与管理方法，在主机与控制器数据传输的过程中，提供灵活高效的调度方式。基于此种方法设计的前端固件，可以显著提高数据传输效率，提升NVMe SSD IOPS和带宽，降低固件对于DMA传输的干预和影响。
为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种应用于NVMe SSD的DMA分配与管理方法，包括以下步骤：
S01）、固件在收到主机下发的IO/Admin命令，解析后发起DMA请求；
S02）、固件通过DMA状态信息中的传输字节数，即DMA负载统计，来判断DMA是否处于空闲状态，负载统计为0，则该DMA处于空闲状态；
S03）、如果全部DMA都处于空闲状态，那么依据DMA权重优先级开启最高优先级的DMA进行传输；
S04）、如果有存在处于非空闲状态的DMA，就去比较非空闲状态中的DMA的负载统计；
S05）、如果非空闲状态的DMA存在传输数据量m小于最小数据量阈值M，并且传输字节s小于阈值S，那么就开启本DMA进行传输；
S06）、如果不存在上述状态的DMA，那么所有DMA都在进行传输并且传输本笔数据量m不小于阈值M，传输字节s不小于阈值；
S07）、选取当前DMA传输耗时最小者启动传输；
S08）、固件检测DMA 该笔数据传输的完成；
S09）、更新DMA状态信息结构。
进一步的，设单个DMA的启动时间为Ts ,DMA开启次数为k，启动后至传输单位字节结束耗费时间为单位字节传输时间Tb ,单个DMA正在执行的该笔数据量为n，每个描述符要传输字节数为mi，那么从DMA开启数据传输到传输完成所耗费的时间应该为
Figure 295875DEST_PATH_IMAGE001
，步骤S07）中，根据该公式确定每个DMA的传输耗时。
进一步的，步骤S01）至步骤S07）通过线程1运行，步骤S08）至步骤S09）通过线程2运行，数据连续传输时，线程1与线程2并行运行。
进一步的，步骤S09）更新的DMA状态信息结构包括DMA负载统计即传输字节数s、DMA 传输的数据的数量m。
本发明的有益效果：本方法充分考虑了DMA运行过程中的传输字节数、Descriptor数量等能够体现DMA负载的因素，能够获取准确的DMA状态统计信息，以筛选出最符合开启的DMA进行下次的数据传输。有效利用了NVMe SSD控制器中的DMA进行数据传输，提高控制器中DMA的利用率，提升控制器前端IO处理速度。
附图说明
图1 为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
在多DMA的数据传输中，保持每个DMA的传输连续性能够增强数据的传输能力。在DMA传输完成某笔数据传输时，会暂停此DMA以等待下次DMA数据传输的配置，重新启动DMA的系列操作，在NVMe SSD中是由固件控制分配，这无疑会增添不必要的启动耗时。
每笔数据传输会配置一个DMA Descriptor（数据描述符），DMA通过读取Descriptor（数据描述符）来判断数据的传输量。在有多笔要使用DMA进行串行传输的数据时，DMA则可以传输完当前这笔数据后，根据读取的Descriptor（数据描述符）自动启动下一笔要传输的数据。因此，固件层可以为某个DMA准备好多笔要传输的数据，或者在当前DMA传输数据完成前，将接下来要传输数据的Descriptor准备好并移至当前DMA传输数据的Descriptor(数据描述符)之后。
为了估算每个DMA工作量，并且为下次DMA传输分配适量的数据，本实施例采取以下措施。首先计算某笔数据传输的数据量，当数据量小于某个最小数据量阈值时，则采取着重保持某个DMA的连续工作而不是所有DMA都在频繁传输完毕后又开始的小数据量传输，即数据量小于某个最小数据阈值，则优先为每笔小数据量的传输使用同一个DMA，而不是把每笔小数据量的传输分配到所有DMA上，同时将此笔数据量记录到该DMA的负载统计中；当数据量大于某个最小数据量阈值时，则认为是大数据量的传输，着重保持所有DMA的连续工作而不是将工作堆积于某个DMA，即按照数据量和DMA的权重优先级，将本笔数据分配到负载最小的且权重最高的DMA上，同时将此笔数据量记录到该DMA的负载统计中。因此，本方法中将DMA权重优先级、DMA负载、DMA正在运行的Descriptor数量这三者作为DMA分配与管理方法中的三个要素，能够获取准确的DMA状态统计信息，以筛选出最符合开启的DMA进行下次的数据传输。
如图1所示，本实施例所述方法的具体步骤为：
S01）、固件在收到主机下发的IO/Admin命令，解析后发起DMA请求；
S02）、固件通过DMA状态信息中的传输字节数，即DMA负载统计，来判断DMA是否处于空闲状态，负载统计为0，则该DMA处于空闲状态；
S03）、如果全部DMA都处于空闲状态，那么依据DMA权重优先级开启最高优先级的DMA进行传输；
S04）、如果有存在处于非空闲状态的DMA，就去比较非空闲状态中的DMA的负载统计；
S05）、如果非空闲状态的DMA存在传输数据量m小于最小数据量阈值M，并且传输字节s小于阈值S，那么就开启本DMA进行传输；
S06）、如果不存在上述状态的DMA，那么所有DMA都在进行传输并且传输本笔数据量m不小于阈值M，传输字节s不小于阈值；
S07）、选取当前DMA传输耗时最小者启动传输；
S08）、固件检测DMA 该笔数据传输的完成；
S09）、更新DMA状态信息结构，包括DMA负载统计即传输字节数s、DMA 传输的数据的数量m。
假设单个DMA的启动时间为Ts ,DMA开启次数为k，启动后至传输单位字节结束耗费时间为单位字节传输时间Tb ,单个DMA正在执行的该笔数据量为n，每个描述符要传输字节数为mi，那么从DMA开启数据传输到传输完成所耗费的时间应该为
Figure 341192DEST_PATH_IMAGE001
，步骤S07）中，根据该公式确定每个DMA的传输耗时。在该公式中，DMA启动时间Ts 和单位字节传输时间Tb 为常数，DMA开启次数k和数据传输的数量n以及每个笔数据要传输字节数mi 为影响DMA传输的关键因素。由此三个因素可估算DMA传输时间。
本实施例中，步骤S01）至步骤S07）通过线程1运行，步骤S08）至步骤S09）通过线程2运行，数据连续传输时，线程1与线程2并行运行。
以上，描述的仅是本发明的基本原理和优选实施例，本领域技术人员根据本发明做出的改机和替换，属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种应用于NVMe SSD的DMA分配与管理方法，其特征在于：包括以下步骤：
S01）、固件在收到主机下发的IO/Admin命令，解析后发起DMA请求；
S02）、固件通过DMA状态信息中的传输字节数，即DMA负载统计，来判断DMA是否处于空闲状态，负载统计为0，则该DMA处于空闲状态；
S03）、如果全部DMA都处于空闲状态，那么依据DMA权重优先级开启最高优先级的DMA进行传输；
S04）、如果有存在处于非空闲状态的DMA，就去比较非空闲状态中的DMA的负载统计；
S05）、如果非空闲状态的DMA存在传输数据量m小于最小数据量阈值M，并且传输字节s小于阈值S，那么就开启本DMA进行传输；
S06）、如果不存在上述状态的DMA，那么所有DMA都在进行传输并且传输本笔数据量m不小于阈值M，传输字节s不小于阈值；
S07）、选取当前DMA传输耗时最小者启动传输；
S08）、固件检测DMA 该笔数据传输的完成；
S09）、更新DMA状态信息结构。
2.根据权利要求1所述的应用于NVMe SSD的DMA分配与管理方法，其特征在于：设单个DMA的启动时间为Ts ,DMA开启次数为k，启动后至传输单位字节结束耗费时间为单位字节传输时间Tb ,单个DMA正在执行的该笔数据量为n，每个描述符要传输字节数为mi，那么从DMA开启数据传输到传输完成所耗费的时间应该为
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，步骤S07）中，根据该公式确定每个DMA的传输耗时。
3.根据权利要求1所述的应用于NVMe SSD的DMA分配与管理方法，其特征在于：步骤S01）至步骤S07）通过线程1运行，步骤S08）至步骤S09）通过线程2运行，数据连续传输时，线程1与线程2并行运行。
4.根据权利要求1所述的应用于NVMe SSD的DMA分配与管理方法，其特征在于：步骤S09）更新的DMA状态信息结构包括DMA负载统计即传输字节数s、DMA 传输的数据的数量m。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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