TWI575377B - 具有負載平衡演算法之儲存系統及其操作方法 - Google Patents

具有負載平衡演算法之儲存系統及其操作方法 Download PDF

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Description

具有負載平衡演算法之儲存系統及其操作方法 相關申請案交互參照
本案係主張於2012年5月1號提交之第61/641,191號美國臨時專利申請案之優先權，且其標的係藉由引用而於本案中併入。
本案之實施例大致關於儲存系統，尤其關於具有多層級的儲存媒體，且該儲存媒體具備不同的效益能力之儲存系統。
能支援複數個主機電腦的儲存區域通常儲存在單一個儲存陣列中。該儲存陣列係藉由系統中的複數個磁碟裝置提供備份予主機電腦區域，因此增加了可靠度且提供了必要的儲存區域作為邏輯卷予複數台主機電腦。使用此儲存陣列之優點係為該邏輯卷之可用性(availability)。
當複數個主機電腦之一者將由該儲存陣列提供之邏輯卷使用完，系統管理者係能分配該儲存陣列之自由空間以作為新增的邏輯卷予以使用，因而擴充了儲存區域。新增的容量擴充係能對應於隨著時間而增加之資料卷，以延長使用該資料卷於應用之作業時間。
系統管理者之介入係能於微小的資料中心環境予以管理。隨著區域資料分享及多點資料區域之來臨，系統管理者係難以阻止複數個主機電腦消耗其分配到的邏輯卷。而且，為了提高儲存陣列之利用率，提供邏輯卷予複數個使用者於單一的儲存裝置而沒有浪費容量，係為必要的。
因此，仍然需要具有負載平衡演算法之儲存系統以增進使用者資料之效益及可存取性。有鑑於不斷增加的商業競爭壓力，隨著不斷增長的消費預期，及有意義的產品於市場上之區隔之逐漸減少，該些缺失之解答係日益重要。再者，降低成本、增加效率及效益、及滿足競爭壓力之需求，更增加了找出該些缺失之解答之至關必要性更大的急迫性。
該些缺失之解答係經長期的尋求，但先前的發展係未教示或建議任何解答，因而該些缺失之解答於習知技術中係長期的未能實現。
本案之實施例提供一種運作儲存系統之方法，包括：建立第一虛擬磁碟卷，包括分配第一區域及第一低效益儲存容量；產生該第一虛擬磁碟卷的使用統計；以及計算第一趨勢線，以基於該使用統計調整該第一區域及第一低效益儲存容量。
本案之實施例提供一種運作儲存系統之方法，包括：建立第一虛擬磁碟卷，包括分配第一區域於層級零儲存及第一低效益儲存容量於層級壹儲存；產生該第一虛擬磁碟卷的使用統計，包括監測媒體介面匯流排；以及計算第一趨勢線，以基於該使用統計調整該第一區域及第一低效益儲存容量，包括藉由分 區流動性控制模組限制該第一趨勢線之幅度。
本案之實施例提供一種儲存系統，包括：層級零儲存；從該層級零儲存分配之第一區域；層級壹儲存，與該層級零儲存一起形成包括該第一區域及第一低效益儲存容量之第一虛擬磁碟卷；資料移動模組，耦合至該層級零儲存及該層級壹儲存，以產生該第一虛擬磁碟卷的使用統計；以及目標分配估計模組，係耦合至該資料移動模組，以計算第一趨勢線，及基於該使用統計調整該第一區域及該第一低效益儲存容量。
本案之實施例提供一種非暫態電腦可讀取媒體，包括：建立第一虛擬磁碟卷，包括分配第一區域及第一低效益儲存容量；產生該第一虛擬磁碟卷的使用統計；以及計算第一趨勢線，以基於該使用統計調整該第一區域及第一低效益儲存容量。
本案之此些實施例，係具有前述之步驟，或構件以外的，或更換的其他步驟或構件。該些步驟及構件，係參酌附圖，並藉由本領域技術閱讀後述之詳細說明予以呈現。
100‧‧‧儲存系統
102‧‧‧塊階級儲存處理器
104‧‧‧匯流排驅動介面模組
106‧‧‧儲存層級管理器
107‧‧‧動態儲存分配模組
108‧‧‧介面匯流排
110‧‧‧資料管理匯流排
112‧‧‧媒體介面匯流排
114‧‧‧儲存媒體介面模組
116‧‧‧高效益儲存裝置
118‧‧‧低效益儲存裝置
120‧‧‧層級零儲存
122‧‧‧層級壹儲存
201‧‧‧範例應用
202‧‧‧系統處理器
204‧‧‧介面匯流排控制器
206‧‧‧處理器匯流排
301‧‧‧虛擬至實體更換
302‧‧‧虛擬儲存容量
304‧‧‧低活性區域
306‧‧‧高活性區域
308‧‧‧虛擬至實體轉化
310‧‧‧資料區塊
401‧‧‧多層分配
402‧‧‧第一虛擬磁碟卷
404‧‧‧第一低效益儲存容量
405‧‧‧第一備用容量
406‧‧‧第一區域
408‧‧‧第二虛擬磁碟卷
410‧‧‧第二低效益儲存容量
411‧‧‧第二備用容量
412‧‧‧第二區域
414‧‧‧第三虛擬磁碟卷
416‧‧‧第三低效益儲存容量
417‧‧‧第三備用容量
418‧‧‧第三區域
501‧‧‧動態分配
502‧‧‧N
504‧‧‧N+P
506‧‧‧N+Q
602‧‧‧動態分區模組
604‧‧‧動態分配設定模組
606‧‧‧目標分配估計模組
608‧‧‧分區流動控制模組
610‧‧‧使用者策略暫存器
612‧‧‧塊級統計累加器
614‧‧‧資料分層模組
616、703‧‧‧使用統計
618‧‧‧資料移動模組
701‧‧‧主機匯流排配接器實作
704‧‧‧記憶體裝置
705‧‧‧虛擬至實體表
706‧‧‧第一層級控制器
708‧‧‧第二層級控制器
710‧‧‧塊級分層配接器
801‧‧‧網路附接實作
802‧‧‧第一固態磁碟控制器
806‧‧‧第二固態磁碟控制器
808‧‧‧第二儲存陣列
810‧‧‧磁盤媒體控制器
811‧‧‧層級貳儲存
812‧‧‧磁盤陣列
814‧‧‧系統介面
816‧‧‧外殼
901‧‧‧動態分配
902‧‧‧第一趨勢線
904‧‧‧第二趨勢線
906‧‧‧第三趨勢線
1000‧‧‧方法
1002、1004、1006‧‧‧區塊
第1圖為本案之實施例之具有負載平衡演算法之儲存系統之方塊示意圖；第2圖為如第1圖所示之儲存系統之例示應用之方塊示意圖；第3圖為如第1圖所示之儲存系統之虛擬至實體更換之示範方塊示意圖；第4圖為於第1圖所示之儲存系統中之虛擬磁碟卷之多層分配之架構示意圖； 第5圖為於第1圖所示之儲存系統中之層級零儲存，於一段時間中之動態分配之架構示意圖；第6圖為於第1圖所示之儲存系統中之動態儲存分配模組之功能方塊示意圖；第7圖為實行於第1圖所示之儲存系統中之主機匯流排配接器之功能方塊示意圖；第8圖為附接實行於該儲存系統中之網路之功能方塊示意圖；第9圖為如第1圖所示之儲存系統之虛擬磁碟卷之動態分配之架構示意圖；以及第10圖為本案之實施例之儲存系統之操作方法之步驟流程圖。
下述實施例係描述足夠的細節以令本領域之技術者能製作及使用本案。能瞭解的是，其他實施例能明顯架構在此揭露上，且其系統、製程、或機構改變，係能在不脫離本案之實施例之範疇下予以製作。
下述之描述中，許多具體細節係給定以提供對於本案之透徹理解。然而，明顯的是，本案能於不具此些具體細節之情形下予以實施。為了避免模糊本案之實施例，某些泛知的電路、系統配置及流程步驟則未予以詳細揭露。
附圖所示之系統之實施例係為半示意(semi-diagrammatic)，未按照比例的，特別是，某些尺寸係為了清楚顯示及誇張地顯示於附圖中。相似地，儘管附圖之觀點為了便 於說明通常係顯示出類似的方向，此描繪之圖大部分係任意的。通常，本案能操作於任何方向。實施例係計數為第一實施例、第二實施例，及其相似者，係為了方便描述，而不欲具有任何其他意義，或提供限制予本案之實施例。
本案所述之用語“層級(tier)”係為具有通常效益特性之儲存媒體裝置之群組或陣列。此處引述之用語“效益特性”係為一資料處理能力之度量，其包括任何裝置操作及介面時序。效益特性之範例係包括存取時間、數據產出率(data through-put)、介面頻寬、每分鐘之輸入輸出(input-output operations per second，IOPS)、持久性、資料密度、資料可靠度、及資料之保留之期間。儲存之層數，例如層級零儲存、層級壹儲存、或層級貳儲存，係能指代其對應之效益，層級零儲存係為最高效益，層級貳儲存係為最低效益。該層級零儲存係形成為一高效益儲存裝置之一陣列，能超過1000每分鐘之輸入輸出，此時，層級壹儲存係能形成為一低效益儲存裝置，少於200每分鐘之輸入輸出。
本案所述之用語“儲存媒體裝置”係為用以對在電腦系統環境之檔案進行歸檔及存取之裝置。舉例言之，該儲存媒體裝置係可為磁碟機、固態磁碟、光碟機、磁帶機、或與其相關者而不考慮所使用的介面附件。
本案所述之用語“虛擬儲存體”係為可使用於電腦系統之全部可定址記憶體，其係由一個或多個記憶體裝置組成，而每一個係代表該全部可定址記憶體之一部分。該虛擬儲存體係藉由虛擬位址予以定址，虛擬位址係更換為於一個或多個記憶體裝置中之實體位址。
本案所述之用語“模組”係包括軟體、硬體、或其組合，於本發明之實施例中，根據此內容，該用語係予以使用。例如，軟體係能為機器碼、韌體、嵌式碼、及應用軟體。另外，硬體係能為電路、處理器、電腦、積體電路、積體電路芯、壓力感應器、慣性感應器、微機電系統、被動元件，或該些元件之組合。
參閱第1圖，其係繪示本案之實施例之具有負載平衡演算法之儲存系統100之方塊示意圖。該儲存系統100之方塊示意圖係描繪出包括匯流排驅動介面模組104及儲存層級管理器106之塊階級儲存處理器102。儲存層級管理器106係可為一處理器或嵌入式處理器(embedded processor)，係配置為用以控制該匯流排驅動介面模組104及管理該塊階級儲存處理器102之作業。該塊階級儲存處理器102可被實現為於未圖示之非暫態電腦可讀取介質中之指令以被未圖示之系統處理器予以執行。非暫態電腦可讀取介質係包括非揮發性記憶體，例如硬碟機，非揮發性隨機存取記憶體，固態儲存裝置、光碟、數位光碟、通用串列快閃儲存裝置。該非暫態電腦可讀取介質可被集合成系統之一部或安裝為系統中可移除之一部。該塊階級儲存處理器102能被設置為由該非暫態電腦可讀取介質執行該指令之彈性或專用硬體之組合，或是由硬體模組予以實施。
匯流排驅動介面模組104能實施關於聯絡未圖示之次層級系統之協定。塊階級儲存處理器102係能運行複數種儲存虛擬化功能，包括塊級分層，虛擬至實體裝置映射，使用統計分析，及其他資料管理功能。
動態儲存分配模組107係能提供實施機制供使用者特定限制或策略，其係能提供能使用於次層級系統之虛擬儲存之容量之動態分配。所述之策略亦能具有特定的參數或配置，特定的參數或配置係為了例如資料庫、虛擬機器、或其他的資料密集型應用之特定應用型態而預設，且能調節該動態儲存分配模組107之操作。該動態儲存分配模組107係能實施於該儲存層級管理器106中，以提供塊級分層、自動化的虛擬容量調節，以及供一個或多個藉由未圖示之次級系統操作之虛擬磁碟卷之虛擬至實體表函數。
介面匯流排108係能耦合匯流排驅動介面模組104至未圖示之次層級系統。介面匯流排108係提供介於儲存系統100及未圖示之次層級系統間之雙向溝通路徑。介面匯流排108係能為用來進行溝通，並傳送資料至塊階級儲存處理器102之平行匯流排、串列匯流排、電子式連接、光學式連接、或無線式連接。匯流排驅動介面模組104係藉由資料管理匯流排110耦合至動態儲存分配模組107。資料管理匯流排110係能接收或驅動資料並與介面匯流排108介面交換。
媒體介面匯流排112耦合動態儲存分配模組107至儲存媒體介面模組114。媒體介面匯流排112係能提供溝通路徑，以允許介於動態儲存分配模組107及儲存媒體介面模組114間之資料區塊及設定訊息之傳送。儲存媒體介面模組114係能實行對應高效益儲存裝置116及低效益儲存裝置118之通訊協定。
高效益儲存裝置116係可等同於低效益儲存裝置118，但是更多的時候，他們於效益、容量、成本、耗電量、每分 鐘之輸入輸出上係具有差異。高效益儲存裝置116係能運作超過1000每分鐘之輸入輸出，同時低效益儲存裝置118係能運作在少於200每分鐘之輸入輸出。一序列之高效益儲存裝置116係能形成層級零儲存120且能包括基於半導體的儲存元件，如基於NAND快閃記憶體之元件於個別組件之型式、獨立的固態磁碟(standalone solid state disk,SSD)，或操作在10,000至15,000每分鐘轉速(rotations per minute,RPM)，極高效益之串流連接小型電腦系統介面(SAS)磁碟。備用序列之低效益儲存裝置118，係能形成層級壹儲存122，例如串流高級技術連接(serial advanced technology attach，SATA)，或串流連接小型電腦系統介面(SAS)磁碟而操作在高達7200每分鐘轉速，網路附接儲存器，或其他較慢型式的媒體。
藉由塊階級儲存處理器102傳輸之資料區塊，最初係儲存在層級零儲存120及層級壹儲存122之一者。資料區塊任何後續之存取，係能被儲存層級管理器106分析作為使用統計。儲存層級管理器106係能量測使用統計以定義資料區塊之何者係最頻繁地被存取者，例如讀取、讀寫、串流或隨機存取特性等。
若儲存層級管理器106因高頻率地存取，而認為資料區塊之任一者被錯誤地定位於低效益儲存裝置118，儲存層級管理器106能對該資料區塊及於高效益儲存裝置116中之資料區塊進行更換。儲存層級管理器106也能因低頻率的存取而辨識出錯誤地被定位在高效益儲存裝置116中之資料區塊，進而與低效益儲存裝置118中之資料區塊進行更換。此介於層級零儲存120及層級壹儲存122之資料區塊之更換，係能優化儲存系統100之效益。
定義資料區塊之何者應在層級零儲存120及層級壹儲存122間更換，係由儲存層級管理器106控制。在層級零儲存120及層級壹儲存122間之資料區塊之更換之實際步驟，係能由儲存層級管理器106予以實行，且儲存媒體介面模組114並未與未圖示之次層級系統互動。
能瞭解的是，具有層級零儲存120及層級壹儲存122之儲存系統100僅為實施例，任何其他數量之層級儲存係可予以實施。進一步瞭解的是，顯示在層級零儲存120中之高效益儲存裝置116之序列係僅為實施例，任何其他數量之高效益儲存裝置116係可被包括在該序列中。相似地，於層級壹儲存122中之低效益儲存裝置118之備用序列(alternate array)，係僅為實施例，任何其他數量之低效益儲存裝置118係可被包括在該備用序列中。又進一步瞭解的是，層級零儲存120及層級壹儲存122係可為基於固態快閃的記憶體或同類物、相位變化記憶體、揮發性或非揮發性隨機存取記憶體、旋轉媒體或串行磁帶串流裝置之任意組合。
此處揭示的是，塊階級儲存處理器102能定義區域，於層級零儲存120及層級壹儲存122之每一者中，認定為高優先屬性者，係位於低效益儲存裝置118，認定為低優先屬性者，係位於高效益儲存裝置116。塊階級儲存處理器102係能自主地更換介於層級零儲存120及層級壹儲存122間之資料區塊，以促進儲存系統100之效益。儲存層級管理器106能具有優先級表於內部記憶體中，或是於此些高及低優先區域之儲存媒體之專用區域中，以為了在需要更換時依據可由使用者設定之程序或是促進策略之預設值進行決定。
請參閱第2圖，係繪示第1圖之儲存系統100之範例應用201之方塊圖。儲存系統100之範例應用201之方塊圖係描繪了藉由處理器匯流排206耦合至介面匯流排控制器204之系統處理器202。
介面匯流排控制器204能驅動介面匯流排108以介於系統處理器202及塊階級儲存處理器102間發出並接收指令。介面匯流排108係能為平行匯流排、串連匯流排，或用以在塊階級儲存處理器102及系統處理器202間進行溝通與傳遞資料之電子式連接、光學式連接、或無線式連接。
系統處理器202係能由層級零儲存120或層級壹儲存122存取應用或資料。塊階級儲存處理器102係能偵測藉由系統處理器202存取之資料區塊之狀態，以定義資料區塊適當之優先級及資料區塊之交換是否有被要求。塊階級儲存處理器102係能交換介於層級零儲存120及層級壹儲存122間之資料區塊而未具有系統處理器202之知悉或協助。
若塊階級儲存處理器102確定了資料區塊之交換係被要求，儲存媒體介面模組114能被設定以執行該交換，同時藉由系統處理器202之存取係持續無阻。由層級零儲存120至層級壹儲存122之資料區塊之傳輸，反向亦然，係藉由塊階級儲存處理器102及儲存媒體介面模組114予以執行，而未具有系統處理器202之知悉及協助。
此處揭示的是，儲存系統100係能藉由維持最常使用之資料區塊於層級零儲存120中及最少使用之資料區塊於層級壹儲存122中而促進範例應用201之運作。介於層級零儲存120 及層級壹儲存122間之資料區塊之交換，係能藉由塊階級儲存處理器102及儲存媒體介面模組114予以實行，而未增加任何的負載或額外指令予系統處理器202之執行。
請參閱第3圖，係繪示供第1圖之儲存系統100之虛擬至實體更換301之例示性方塊圖。供儲存系統100之虛擬至實體更換301之例示性方塊圖，係描繪虛擬儲存容量302，其具備並分佈有藉由以對角線圖案化之矩形表示之低活性區域304，以及藉由以交叉線圖案化之矩形表示之高活性區域306於其中。
虛擬至實體轉化308能藉由第1圖之動態儲存分配模組107運作。虛擬儲存容量302能包括全部或部份之層級壹儲存122，及全部或部份之層級零儲存120。層級零儲存120及層級壹儲存122之初始比例及可見容量，係能藉由實行於動態儲存分配模組107之預設或使用者定義策略予以管理。
於低活性區域304及高活性區域306之初始寫入，其實體位置可能未反應其優先級序。低活性區域304及高活性區域306任何的後續存取係可被第1圖之儲存層級管理器106以使用統計之形式予以偵測。低活性區域304係表示層級零儲存120中存取頻率最少之部份，且令低活性區域304作為儲存在層級零儲存120中的高優先及高運作空間中的低優先資料。高活性區域306係表示為層級壹儲存122中存取頻率最頻繁之部份，以令高活性區域306為儲存在層級壹儲存122中的低優先及低運作空間中的低優先資料。
如低活性區域304及高活性區域306係藉由系統處理器202予以存取，優先級係能藉由儲存層級管理器106予以確 定。若儲存層級管理器106認為層級零儲存120係被寫入在低活性區域304，且層級壹儲存122係被寫入在高活性區域306，資料區塊310之交換係藉由動態儲存分配模組107而排程予第1圖之儲存媒體介面模組114。資料區塊310係能為低活性區域304或高活性區域306之內容。
塊階級儲存處理器102係能基於任何基準數值確定優先級，例如最多存取頻率之讀取，讀取及寫入之組合，串流，或隨機存取特性，及最少存取頻率之讀取。若優先即超過預定門檻，則動態儲存分配模組107能更換層級零儲存120之低活性區域304予層級壹儲存122之高活性區域306。
可瞭解的是，低活性區域304及高活性區域306之交換，係能提昇高活性區域306之運作，且令低活性區域304之可用性產生微小差異。動態儲存分配模組107能協調低活性區域304及高活性區域306之交換，同時允許系統處理器202繼續存取高活性區域306。當交換完成時，儲存層級管理器106係能更新虛擬至實體表以反應新的實體位置而未更改虛擬位址予系統處理器202。於此更改實體位置之方法能令系統處理器202未知悉低活性區域304及高活性區域306之實體位置之交換。
請參閱第4圖，係繪示第1圖之儲存系統100中的虛擬磁碟卷之多層分配401之架構圖。虛擬磁碟卷之多層分配401之架構圖係描繪了第一虛擬磁碟卷402，包括第一低效益儲存容量404及層級零儲存120之第一區域406。
第一區域406能包括第1圖之高效益儲存裝置116之全部容量，一些較小百分比之容量，或超過一個高效益儲存裝 置116之容量。第一虛擬磁碟卷402之初始容量係能包括第一備用容量405，第一備用容量405係由第2圖藉由介面匯流排108耦合之系統處理器202隱藏。第一備用容量405係能為第一低效益儲存容量404之部份或第一區域406之隱藏部份。
第二虛擬磁碟卷408係能包括第二低效益儲存容量410之容量及層級零儲存120之第二區域412。第二區域412係能包括高效益儲存裝置116之全部容量，某些較小百分比之容量，或超過一個高效益儲存裝置116之容量。第二虛擬磁碟卷408之初始容量係能包括第二備用容量411，第二備用容量411係非可見於藉由介面匯流排108耦合之系統處理器202。第二備用容量411係能為第二低效益儲存容量410之一部或第二區域412之隱藏部份。
第三虛擬磁碟卷414係能包括第三低效益儲存容量416之容量及層級零儲存120之第三區域418。第三區域418係能包括高效益儲存裝置116之全部容量，某些較小百分比之容量，或超過一個高效益儲存裝置116之容量。第三虛擬磁碟卷414之初始容量係能包括第三備用容量417，第三備用容量417係未可見於藉由介面匯流排108耦合之系統處理器202。第三備用容量417係能為第三低效益儲存容量416之一部或第三區域418之隱藏部份。
第一低效益儲存容量404、第二低效益儲存容量410、第三低效益儲存容量416之組合係能表示全部或僅一部之低效益儲存裝置118，低效益儲存裝置118於第1圖中係位於層級壹儲存122中。相似的，第一區域406、第二區域412、第三區域418 之組合係能表示全部或僅一部份之層級零儲存120。此係瞭解到，層級零儲存120及層級壹儲存122係能包括較第1圖所示之數量高之高效益儲存裝置116或低效益儲存裝置118。此更能瞭解的是，耦合至第一虛擬磁碟卷402之介面匯流排108與耦合至第二虛擬磁碟卷408或第三虛擬磁碟卷414之介面匯流排108係能為不同型態者。
此係揭露的是，儲存系統100提供用於動態分配多額的容量予系統處理器202使用但卻未由系統處理器202要求任何動作。定義予第1圖之動態儲存分配模組107之策略，係能允許第1圖之儲存層級管理器106更新虛擬至實體表予第一虛擬磁碟卷402、第二虛擬磁碟卷408、第三虛擬磁碟卷414，以令備用容量能供使用。所述之策略亦能具有特定的參數或配置，其係預先設置為提供予特定之應用型態，例如資料庫、虛擬機器、或其他的資料密集型應用，且能調節動態儲存分配模組107之運作予第一虛擬磁碟卷402、第二虛擬磁碟卷408、第三虛擬磁碟卷414之初始分配。此係瞭解到，虛擬磁碟卷之數量係僅為例示，任何數量之虛擬磁碟卷皆能被支援，直到層級零儲存120、層級壹儲存122、及其他可使用之額外層級儲存之容量上限。
參閱第5圖，係繪示第1圖之儲存系統100之層級零儲存120隨著時間之動態分配501之示意圖。動態分配501之示意圖係描繪了具有層級零儲存120，其於時間為N 502在第一虛擬磁碟卷402、第二虛擬磁碟卷408、第三虛擬磁碟卷414的初始分配中分別具有第一區域406、第二區域412、第三區域418。
由於管理第1圖之動態儲存分配模組107之策略， 區域隨著時間改變係基於第一虛擬磁碟卷402、第二虛擬磁碟卷408、第三虛擬磁碟卷414不同的活性程度。於時間為N+P 504，第二區域412係縮減容量，且第一區域406、第三區域418係增加容量，直到層級零儲存120接近均勻地區分為第一區域406、第二區域412、第三區域418。
此處所述之層級零儲存120之容量重分配，係基於第一虛擬磁碟卷402、第二虛擬磁碟卷408、第三虛擬磁碟卷414不同的活性程度，及予結合第1圖之儲存層級管理器106之第1圖之動態儲存分配模組107之策略。動態儲存分配模組107係利用儲存層級管理器106之使用統計以定義所述之活性程度，於第一虛擬磁碟卷402、第三虛擬磁碟卷414，要求各自分配給第一區域406及第三區域418之高效益儲存量改變。
動態儲存分配模組107能調整目標分配量予第一區域406及第三區域418之每一者。既然層級零儲存120分配給第二虛擬磁碟卷408之總量係減少，可能仍具有為有效資料但卻超出分配予第二區域412之新的較低活性空間之容量。
為了完成所述之更換，動態儲存分配模組107將自層級零儲存120之第二區域412移動足夠的資料至層級壹儲存122，以產生予層級零儲存120之第一區域406及第三區域418擴張之空間。此傳輸可依據藉由儲存層級管理器106維持的使用統計而立即發生或隨著時間逐漸發生。
隨著時間進至時間為N+Q 506，藉由儲存層級管理器106維持的使用統計係能指出第一虛擬磁碟卷402之活性程度係下降，第二虛擬磁碟卷408之活性係保持不變，第三虛擬磁碟 卷414之活性係增加。動態儲存分配模組107係能接著重分配層級零儲存120之區域以減少第一區域406，令第二區域412維持不變，並增加第三區域418。
參閱第6圖，係繪示第1圖之儲存系統100之動態儲存分配模組107之功能方塊示意圖。動態儲存分配模組107之功能方塊示意圖，係描繪動態分區模組602，具有動態分配設定模組604、目標分配估計模組606、及分區流動控制模組608。
動態分配設定模組604係能定義第1圖之層級零儲存120之初始分區，以及第4圖之第一備用容量405、第4圖之第二備用容量411、或第1圖之層級零儲存120或層級壹儲存122之第三備用容量417之任一者之初始分區。動態分配設定模組604係能自使用者策略暫存器610接收輸入，使用者策略暫存器610係能被重新設定以體現系統預設值。使用者策略暫存器610之預設狀態係能提供層級零儲存120之相等分區。使用者策略暫存器610能設定朝向於第4圖之第一虛擬磁碟卷402、第4圖之第二虛擬磁碟卷408、第4圖之第三虛擬磁碟卷414之一個或多個的分區偏置(partition bias)。使用者策略暫存器610亦能具有特定的參數或配置，其係預設予例如為資料庫、虛擬機器、或其他的資料密集型應用之特定應用型態，並建立基準予目標分配估計模組606及一資料分層模組614。
目標分配估計模組606能接收來自動態分配設定模組604之輸入，以維持適當的偏置(bias)於層級零儲存120之分區。目標分配估計模組606能接收來自塊級統計累加器612及分區流動控制模組608之輸入。目標分配估計模組606能被分區流動控 制模組608限制，以於層級零儲存120之第4圖之第一區域406，抑制增加或減少之幅度。
當分區流動控制模組608能定義於所述之分區之最大變化，係為允許在標準採樣時間內之更換時，塊級統計累加器612係能追蹤資料活性動態。此係瞭解到，分區流動控制模組608指出高度流動性，意謂著層級零儲存120能於分區大小中進行快速的更換。反之，低度流動性係能將所述之分區之最大變化限制在初始分區大小之小百分比分區。
分區流動控制模組608係能自塊級統計累加器612接收輸入以計算於分區大小中最大的容許改變，對應所述之採樣時間(sample period)。分區流動控制模組608能確定層級零儲存120之分區大小之更新頻率。塊級統計累加器612之大更換，係能調用資料分層模組614以於第1圖之層級零儲存120及層級壹儲存122間更換若干第3圖之資料區塊310，俾盡可能地利用較多的高效益分區。
資料分層模組614係能獲得識別第3圖之低活性區域304及第3圖之高活性區域306之使用統計616。資料分層模組614係能對來自層級零儲存120之低活性區域304與層級壹儲存122之高活性區域306進行更換。當塊級統計累加器612指出使用統計616之大更換，資料分層模組614能僅將低活性區域304自層級零儲存120傳送出，至第4圖之第一備用容量405，以盡可能地於層級零儲存120保留最多的空間。具有低活性區域304之資料區塊310，係能被標記以移動至層級壹儲存122之第一備用容量405中。具有低活性區域304之資料區塊310之實體位置，係能更 新至藉由第1圖之儲存層級管理器106維持的虛擬至之實體表。
資料移動模組618係能執行來自層級零儲存120之低活性區域304與來自層級壹儲存122之高活性區域306之更換。於使用統計616大幅更換時，資料移動模組618能將來自層級零儲存120之低活性區域304更換至第一備用容量405以於層級零儲存120中提供備用空間，或僅清除層級零儲存120之某些分區而準備予增加的資料活性。資料移動模組618係能藉由媒體介面匯流排112耦合至第1圖之儲存媒體介面模組114。資料移動模組618亦能藉由資料管理匯流排110耦合至第1圖之匯流排驅動介面模組104。資料移動模組618係能為介於第一虛擬磁碟卷402與系統處理器202間所有的資料活動之核心。
於實施例中，動態分配設定模組604係能自使用者策略暫存器610接收輸入以建立層級零儲存120之第一區域406，第一區域406係能被併入第一虛擬磁碟卷402中。第一區域406係能配置為可見的、不可見的、或其組合之一者，予第2圖之系統處理器202。第一低效益儲存容量404亦能配置為與第一備用容量405一起，對應資料區塊310將來的擴張或暫時的儲存，而資料區塊310能自第一區域406移動。配置於第一低效益儲存容量404中之第一備用容量405係能配置為可見的、不可見的、或其組合之一者，予第2圖之系統處理器202。
動態分區模組602能基於使用統計616及使用者策略暫存器610之內容提供自動的分配更新予第一虛擬磁碟卷402、第二虛擬磁碟卷408、第三虛擬磁碟卷414。系統處理器202係未牽涉或知悉層級零儲存120或層級壹儲存122之分區之分配 之變動。
此揭露的是，藉由依據載於使用者策略暫存器610之使用者定義偏好(user defined preferences)建立第一虛擬磁碟卷402、第二虛擬磁碟卷408、第三虛擬磁碟卷414之初始分區，及基於使用統計616管理分配之變化，儲存系統100能動態地對一層級儲存配置中的第1圖之低效益儲存裝置118之一者或多者與第1圖之高效益儲存裝置116進行容量之負載平衡與分享。儲存系統100能利用層級零儲存120或層級壹儲存122之第一備用容量405，並基於被分區流動控制模組608抑制之使用統計616，對容量波動(capacity fluctuations)予以管理。
參閱第7圖，係繪示第1圖之儲存系統100之主機匯流排配接器實作701之功能方塊示意圖。主機匯流排配接器實作701之功能方塊示意圖，係描繪儲存層級管理器106，維持了於記憶體裝置704中之使用統計703，予層級零儲存120及層級壹儲存122。儲存層級管理器106係能為了層級零儲存120及層級壹儲存122之每一個存取偵測媒體介面匯流排112，而產生使用統計703。使用統計703係能基於為了確定第3圖之低活性區域304及第3圖之高活性區域306而建立之分區被予以評估。
記憶體裝置704能為儲存層級管理器106中之個別記憶體組件或嵌入式記憶體組件。儲存層級管理器106及記憶體裝置704之實行，係能與儲存層級管理器106與記憶體裝置704之嵌入式實例進行相同的操作。
儲存層級管理器106係能實行虛擬至實體映射函數(virtual-to-physical mapping function)，其係用以映射複數個實體裝 置至第3圖之虛擬儲存容量302，虛擬儲存容量302係藉由第2圖之系統處理器202呈現與存取。虛擬至實體表705係能於記憶體裝置704中予以維持，低活性區域304及高活性區域306係藉由使用統計703予以識別。
儲存層級管理器106能被耦合至第一層級控制器706及第二層級控制器708。第一層級控制器706、第二層級控制器708、及儲存層級管理器106之組合係能提供第1圖之儲存媒體介面模組114之功能。為了維持橫跨第4圖之第一虛擬磁碟卷402、第4圖之第二虛擬磁碟卷408、第4圖之第三虛擬磁碟卷414之負載平衡，儲存層級管理器106係能利用動態儲存分配模組107，並藉由第一層級控制器706及第二層級控制器708，調整第3圖之低活性區域304及第3圖之高活性區域306之變動。
第一層級控制器706係能耦合至由多個高效益儲存裝置116組成之層級零儲存120。高效益儲存裝置116能包括基於半導體之固態磁碟、例如轉速為10,000-15,000RPM之串流連接小型電腦系統介面之高效益磁碟。第一層級控制器706能耦合至所示之高效益儲存裝置116之個別單元，或者能藉由單一高效益介面(如光學介面)耦合至安置於層級零儲存120中的外殼(未圖示)者。
第二層級控制器708係能耦合至由多個低效益儲存裝置118組成之層級壹儲存122。低效益儲存裝置118係包括串流高級技術連接(serial advanced technology attach,SATA)磁碟、網路附接儲存器(network attached storage,NAS)、或7200RPM之串流連接小型電腦系統介面磁碟。第二層級控制器708係能耦合所示之 低效益儲存裝置118之個別單元，或者能藉由單一高效益介面(如光學介面)耦合至安置於層級壹儲存122之外殼(未圖示)者。
儲存層級管理器106係能藉由資料管理匯流排110耦合至匯流排驅動介面模組104，以藉由介面匯流排控制器204與第2圖之系統處理器202溝通。此瞭解的是，介面匯流排控制器204係能包括附接硬體，及需要被允許插入至由儲存層級管理器106、記憶體裝置704、第一層級控制器706、第二層級控制器708、及安裝在可插拔之印刷電路板之匯流排驅動介面模組104所組成之塊級分層配接器710之電子元件。
此揭露的是，儲存系統100係能實施為耦合至層級零儲存120及層級壹儲存122之塊級分層配接器710。塊級分層配接器710係能提供升級路徑(upgrade path)以包括儲存系統100至現有的電腦系統(未圖示)，而未有要求現有的電腦系統之修改。於塊級分層配接器710之運作中，儲存層級管理器106係能維護高活性區域306及低活性區域304之使用統計703。儲存層級管理器106係能維護於記憶體裝置704之使用統計703。動態儲存分配模組107能動態地分享，及對於層級儲存配置的第1圖之低效益儲存裝置118之一者或多者與第1圖之高效益儲存裝置116之一者或多者，進行容量負載平衡。
參閱第8圖，係繪示第1圖之儲存系統100之網路附接實作801之一功能方塊示意圖。網路附接實作801之功能方塊示意圖係描述儲存層級管理器106耦合至記憶體裝置704。儲存層級管理器106係能耦合至第一固態磁碟控制器802，第一固態磁碟控制器802係耦合至第一儲存陣列804，第一儲存陣列804係例 如為單級編碼(single level code,SLC)NAND快閃記憶體或相變記憶體(phase change memory)裝置。
儲存層級管理器106亦能耦合至第二固態磁碟控制器806。第二固態磁碟控制器806係耦合至效益低於第一儲存陣列804之第二儲存陣列808，第二儲存陣列808例如為多層編碼(multi-level code，MLC)NAND快閃記憶體。
儲存層級管理器106亦能耦合至磁盤媒體控制器810，光盤媒體控制器810係配置為磁盤陣列812之層級貳儲存811。動態儲存分配模組107係能管理層級零儲存120、層級壹儲存122、及層級貳儲存811，以動態地分享及負載平衡於層級儲存配置之第一儲存陣列804、第二儲存陣列808、及磁盤陣列812之容量。層級貳儲存811能形成為一極低效益之儲存裝置，如於磁盤陣列812少於100每分鐘之輸入輸出。
儲存層級管理器106能耦合至匯流排驅動介面模組104以與未圖示之次層級系統溝通。匯流排驅動介面模組104係支援例如為串行光學介面(serial optical interface)或串行電氣介面(serial electrical interface)之系統介面814。系統介面814能包括串流連接小型電腦系統介面、串流高級技術連接、快速週邊組件互連(PCI Express,PCI-e)、ThunderboltTM介面、或其組合，以與次層級系統溝通。
外殼816係能安置儲存層級管理器106、記憶體裝置704、第一固態磁碟控制器802、第一儲存陣列804、第二固態磁碟控制器806、第二儲存陣列808、及設置在印刷電路板之匯流排驅動介面模組104，該印刷電路板係具有電源供應器、風扇、及 連接器(未圖示)。外殼816係為能安置儲存系統100之手錶大小之容器(wristwatch-sized container)、口袋大小之容器(pocket-sized container)、標準的機架電子產品外殼(standardized rack electronic enclosure)、或建築物。
現請參閱第9圖，此係繪示第1圖之儲存系統100之虛擬容量(virtual volume)之動態分配901之示意圖。動態分配901之示意圖係描繪第一虛擬磁碟卷402、第二虛擬磁碟卷408、第三虛擬磁碟卷414，每一者係具有動態容量(dynamic capacity)。
於實施例中，第一虛擬磁碟卷402係具有第一趨勢線902，第一趨勢線902係由第6圖之目標分配估計模組606計算反應第6圖之使用統計616，而藉由第6圖之分區流動控制模組608作為限制。第一趨勢線902係能指出第一區域406將於更新中縮減大小。第一虛擬磁碟卷402之整體容量，以系統處理器202而言係能保持不變，此時，第一虛擬磁碟卷402之百分比係表示第一區域406能被更換予來自第1圖之低效益儲存裝置118之隱藏容量。
此作法係於分享於所有的虛擬磁碟卷之層級零儲存120時，允許儲存系統100以優化第一虛擬磁碟卷402、第二虛擬磁碟卷408、第三虛擬磁碟卷414之效益。所瞭解的是，第二趨勢線904及第三趨勢線906係以相似於第一趨勢線902之方法運作。
現請參閱第10圖，係繪示於前揭之實施例中運作之儲存系統100之方法1000之步驟圖。方法1000係包括：於區塊1002中，建立第一虛擬磁碟卷，包括分配第一區域及第一低效益儲存容量；於區塊1004中，產生該第一虛擬磁碟卷的使用統計； 以及於區塊1006中，計算第一趨勢線，以基於該使用統計調整該第一區域及第一低效益儲存容量。
所呈現的方法、程序、設備、裝置、產品、及/或系統，係簡單、具成本效益、不複雜、高度靈活、精準、靈敏、及有效的，且能藉由已知的組件予以實行，而已準備就緒、高效益，且具經濟性的製造、應用、及利用。本案之實施例之其他重要態樣，係有價值地支援及服務了降低成本、簡化系統及增進效益之歷史趨勢。
本案之實施例之此方面或其他有價值的觀點，因此更進階到至少次一層級之技術狀態。
雖然本案已經描述了與特定較佳實施例之結合，但應瞭解的是，許多替代型態、調整型態、及變化型態，對本領域技術人員而言，在前述揭露之教示下，係顯而易見的。據此，後續申請專利範圍係涵蓋了所有替代型態、調整型態、及變化型態。此處闡述之及附圖揭露之所有事項係為例示性的，而非予以限制。
1000‧‧‧方法
1002、1004、1006‧‧‧區塊

Claims (25)

  1. 一種操作儲存系統之方法，其包括：建立第一虛擬磁碟卷，包括分配第一區域及第一低效益儲存容量；產生該第一虛擬磁碟卷的使用統計；以及計算第一趨勢線，以基於該使用統計調整該第一區域及該第一低效益儲存容量。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，調整該第一區域及該第一低效益儲存容量包括更新虛擬至實體表以自該第一區域傳輸低活性區域至該第一低效益儲存容量。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，復包括基於該使用統計對層級零儲存之第二區域與該第一區域進行負載平衡。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，計算該第一趨勢線包括標記低活性區域以移動至該第一低效益儲存容量中之第一備用容量。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，調整該第一區域及該第一低效益儲存容量包括藉由控制該第一區域及該第一低效益儲存容量間所分配之第一備用容量之最大變動而限制該第一趨勢線。
  6. 一種操作儲存系統之方法，其包括：建立第一虛擬磁碟卷，包括分配第一區域於層級零儲存及第一低效益儲存容量於層級壹儲存；產生該第一虛擬磁碟卷的使用統計，包括偵測媒體介面匯流排；以及 計算第一趨勢線，以基於該使用統計調整該第一區域及該第一低效益儲存容量，包括藉由分區流動控制模組抑制該第一趨勢線之幅度。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中，調整該第一區域及該第一低效益儲存容量包括自該第一區域傳送低活性區域至於該第一低效益儲存容量之第一備用容量。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之方法，復包括基於該使用統計對層級零儲存之第二區域與該第一區域進行負載平衡，包括傳送第二備用容量至該第二區域及傳送第一備用容量至該第一低效益儲存容量。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中，計算該第一趨勢線包括標記低活性區域以移動至該第一低效益儲存容量中之第一備用容量，包括更新虛擬至實體表。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中，調整該第一區域及該第一低效益儲存容量包括藉由控制該第一區域及該第一低效益儲存容量間所分配之第一備用容量之最大變動而限制該第一趨勢線，以及套用使用者策略。
  11. 一種儲存系統，其包括：層級零儲存；第一區域，自該層級零儲存分配；層級壹儲存，與該層級零儲存一起形成包括該第一區域及第一低效益儲存容量之第一虛擬磁碟卷；資料移動模組，耦合至該層級零儲存及該層級壹儲存，以產生該第一虛擬磁碟卷的使用統計；以及 目標分配估計模組，耦合至該資料移動模組，以計算第一趨勢線及基於該使用統計調整該第一區域及該第一低效益儲存容量。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之儲存系統，其中，該資料移動模組更新虛擬至實體表，以自該第一區域傳送低活性區域至該第一低效益儲存容量。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之儲存系統，復包括記憶體裝置，耦合至塊級統計累加器，以更新該使用統計。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之儲存系統，其中，該目標分配估計模組係耦合至該資料移動模組以計算第一趨勢線，該目標分配估計模組包括耦合至該目標分配估計模組以限制該第一趨勢線之分區流動控制模組。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之儲存系統，其中，基於該使用統計調整該第一區域及該第一低效益儲存容量之該目標分配估計模組包括：動態分配設定模組，耦合至該目標分配估計模組，以確定該第一區域及該第一低效益儲存容量之初始值；以及分區流動控制模組，耦合至該目標分配估計模組，以限制該第一趨勢線。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之儲存系統，復包括：媒體介面匯流排，耦合至該資料移動模組，且被偵測以產生該使用統計；以及分區流動控制模組，耦合至該目標分配估計模組，以抑制該趨勢線。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之儲存系統，其中，該資料移動模組更新虛擬至實體表，以自該第一區域傳送低活性區域至該第一低效益儲存容量，該資料移動模組包括資料分層模組或控制傳送之該目標分配估計模組。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之儲存系統，復包括記憶體裝置，耦合至塊級統計累加器，以更新該使用統計及虛擬至實體表。
  19. 如申請專利範圍第16項所述之儲存系統，其中，該目標分配估計模組用以計算第一趨勢線，並包括耦合至該目標分配估計模組以限制該第一趨勢線之分區流動控制模組。
  20. 如申請專利範圍第16項所述之儲存系統，其中，基於該使用統計調整該第一區域及該第一低效益儲存容量之該目標分配估計模組包括：動態分配設定模組，耦合至該目標分配估計模組，以確定該第一區域及該第一低效益儲存容量之初始值，並包括耦合至該動態分配設定模組之使用者策略暫存器；以及分區流動控制模組，耦合至該目標分配估計模組，以限制該第一趨勢線，並包括耦合至該分區流動控制模組之塊級統計累加器。
  21. 一種非暫態電腦可讀取媒體，其包括：建立第一虛擬磁碟卷，包括分配第一區域及第一低效益儲存容量；產生該第一虛擬磁碟卷的使用統計；以及計算第一趨勢線，以基於該使用統計調整該第一區域及該 第一低效益儲存容量。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之非暫態電腦可讀取媒體，其中，調整該第一區域及該第一低效益儲存容量包括更新虛擬至實體表以自該第一區域傳輸低活性區域至該第一低效益儲存容量。
  23. 如申請專利範圍第21項所述之非暫態電腦可讀取媒體，復包括基於該使用統計對層級零儲存之第二區域與該第一區域進行負載平衡。
  24. 如申請專利範圍第21項所述之非暫態電腦可讀取媒體，其中，計算該第一趨勢線包括標記低活性區域以移動至該第一低效益儲存容量中之第一備用容量。
  25. 如申請專利範圍第21項所述之非暫態電腦可讀取媒體，其中，調整該第一區域及該第一低效益儲存容量包括藉由控制該第一區域及該第一低效益儲存容量間所分配之第一備用容量之最大的變動而限制該第一趨勢線。
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