[发明专利]一种存储阵列控制器IO队列调度方法与装置

说明书

本发明提出了一种存储阵列控制器IO队列调度方法与装置，包括IO请求分发单元、IO请求调度单元、IO请求执行单元和状态监控器；IO分发单元接收来自主机的IO请求，分为IO读和IO写；IO调度单元接收来自IO分发单元的IO请求，送入不同的队列，并按优先级排序，IO调度单元接收来自状态监控器关于介质状态的信息，引入IO写请求的优先级计算加权因子进行优先级缩放，将最高优先级的IO请求，发往IO执行单元；IO执行单元接收来自IO调度单元的IO请求，发往下层模块。本发明解决了控制器存储介质接口带宽利用不充分的问题，在满足用户QoS满意度的同时，提升了存储器的读写速度以及每秒处理IO请求的能力。

技术领域

本发明属于计算机网络数据存储领域，具体涉及到一种存储阵列中的IO队列调度方法与装置。

背景技术

伴随着云计算迅速普及和各行业对于数据资产保存和利用意识的增强，以及通过互联网、大数据对产业进行变革的意愿，以大容量非易失性闪存作为介质的阵列存储技术正在数据中心迅速兴起，快速取代传统机械硬盘技术。数据中心、服务器通过通信网络连接众多的客户端计算机。用户在客户端通过通信网络，将IO请求发往阵列存储控制器，完成数据的获取和更新,如附图1。

用户发往数据中心的IO请求通常采用了一种称为标记命令队列(TCQ)的技术，用以标记IO请求的优先级和队列类型。TCQ技术面向多主机、多设备应用环境，支持256级队列深度，用于服务器和数据中心。由于终端用户众多，发往数据中心的IO请求数量庞大，如果不采取有效的策略进行调度，易造成IO请求堆积，存储介质接口带宽利用率不足的问题，进而造成客户服务满意度下降。

固态硬盘由于一些工作机制的原因，如在写入之前必须先擦除，存在写放大效应(write amplification),读写速度存在差异。通常IO读的速度是IO写速度的3～5倍。考虑IO写对带宽的占用显著高于IO读请求，在调度方案设计中，适当的降低IO写调度优先级能提高存储阵列的整体性能表现。

现有队列调度技术在队列管理方案方面存在缺陷，易导致存储介质接口带宽利用不充分的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种存储阵列控制器IO队列调度方法与装置。本发明的核心是一个IO调度器，包括IO请求分发单元、IO请求调度单元、IO请求执行单元和状态监控器。

IO请求分发单元接收来自主机的IO请求，按IO请求类型将队列分为两大类，分别是IO读和IO写；对IO读请求按读取目标物理地址所在的存储介质单元进一步区分划为不同的队列,读取目标物理地址所在的存储介质单元相同的IO请求划入同一队列。

IO请求调度单元接收来自IO请求分发单元的IO请求，送入不同的队列，并按优先级从大到小的顺序排序。同一队列相同优先级的IO请求按先进先出原则排序。IO请求调度单元接收来自状态监控器关于介质状态的信息，记为A。用A_i＝1表示监控器已经收到第i个存储介质单元执行最近IO请求的操作结果，用A_i＝0表示监控器未收到第i个存储介质单元执行最近IO请求的操作结果。引入写/擦除/Trim一类IO请求的优先级计算加权因子α，对这一类IO请求的优先级进行缩放，其中α∈(0,1]。用ρ_ij表示第i队列、第j个排序IO请求的优先级。按{ρ_ij*A_i}计算每个IO读队列最高优先级IO的实时优先级；按{α*ρ_ij*A_i}计算IO写/擦除/Trim队列最高优先级IO的实时优先级,其中*表示乘法运算。对计算结果进行排序，将最高优先级的IO请求，发往IO请求执行单元。

IO请求执行单元接收来自IO请求调度单元的IO请求，发往下层模块进行执行读写等操作。

进一步，用ρij表示第i队列、第j个排序IO的优先级，如果该优先级的IO请求多于1个，则按先进先出原则调度，即ρij0>ρij1>ρij2。