[发明专利]面向多租户的FTL设置方法、系统、计算机程序及存储介质

说明书

本发明涉及一种面向多租户的FTL设置方法、系统、计算机程序及存储介质，其包括：写请求到来时，先将写请求写入缓冲区，如果缓冲区满，则采用先进先出算法替换失效数据；将缓冲区中的数据批量写入到设备端，如果设备端的可用空间小于预设阈值，则启动垃圾回收机制；判断租户的带宽是否达到预设值，达到则返回设备端，反之则等待直到租户带宽低于预设值才继续写入设备端，在写入设备端前通过地址映射进行数据摆放；读请求到来时，如果数据已在缓冲区中，则从缓冲区中读取数据，否则从设备端读取数据；写请求和读请求完成后，返回数据和成功信息，并判断请求数是否达到预先设定阈值，达到则进行资源交换。本发明能够解决资源分配不公平、整体系统效率较低等问题。

技术领域

本发明涉及一种云存储、FTL、Open-Channel SSD及资源隔离领域，特别是关于一种在基于Open-Channel SSD的面向多租户的FTL设置方法、系统、计算机程序及存储介质。

背景技术

闪存：闪存(Flash)是过去几年内最为成功的新型存储介质，可以提供比磁盘高很多的性能，尤其是在随机访问性能方面优势非常明显。一般以固态硬盘(SSD)的产品形态出现，是标准的块设备，与磁盘的访问方式一样。按照接口不同一般分为PCIe接口、SAS接口和SATA接口的不同固态硬盘产品。

FTL：即闪存转换层(Flash Translation Layer)。由于闪存颗粒的硬件特性，固态硬盘在覆盖已有数据时必须先进行擦除操作，而闪存颗粒的可擦除次数是有限制的。为了使固态硬盘兼容已有的读写接口和平衡擦除次数提高整体寿命，闪存转换层成为了固态硬盘不可缺少的部分。FTL也成为了固态硬盘的软件核心技术。

Open-Channel SSD:即开放通道固态硬盘(OCSSD)，是近两年出现的新型存储硬盘。闪存转换层给固态硬盘提高兼容性和寿命的同时，也带来了不可预测延迟和数据物理写入位置不可控制等问题。目前对于可预测延迟和可控制数据物理写入位置的需求，导致了开放通道固态硬盘的出现。开放通道固态硬盘将原来位于底层硬件的FTL转移到主机端，使应用能够精准的控制数据摆放位置，从而达到可预测延迟的目的。但也存在FTL开发难度高的问题。

资源隔离：资源隔离是指对系统每个用户(或者进程组)得到的包括CPU、内存、I/O带宽、网络等在内的系统资源，进行统计、控制的技术，目标是为了使用户(或进程)之间工作互不影响。在云环境中，不同用户经常共享使用资源。应用资源隔离技术，一方面可以避免某用户占用其它用户资源的情况，另一方面可以对用户使用的资源进行计数，方便云厂商制定公平合理的收费策略。

现有的LightNVM是Linux内核中为开放通道固态硬盘而设计的系统，主要由三部分组成，如图1所示：(1)NVMe设备驱动层。物理页地址(Physical Page Address)I/O接口负责将垂直逻辑结构地址转换为硬件的物理地址。具有LightNVM支持的NVMe设备驱动层利用物理页地址接口访问开放通道固态硬盘。设备驱动层将开放通道固态硬盘封装成Linux块设备暴露给用户空间，使之能够接受ioctl指令。(2)LightNVM子系统。该子系统通过nvm_dev和sysfs结构体显示开放通道固态硬盘的物理设备信息，FTL和上层用户可以获取这些信息。该子系统支持向量I/O。(3)更高层次的I/O接口层。该层次包括FTL以及具体应用使用的接口。

现有的pblk是LightNVM系统中的FTL层，负责为上层应用提供读写接口，其主要功能有：(1)与硬件和控制器进行交互。(2)数据摆放以及将逻辑地址转换为物理地址。(3)处理错误和故障恢复。(4)垃圾回收机制。pblk是针对单用户而设计的FTL，没有考虑到多租户的场景，在云计算时代的多租户场景下却出现了问题：问题一是多租户的数据交叉摆放，每个租户的数据进行垃圾回收时会影响到其他租户。问题二是不能精准控制每个租户使用的读写带宽资源，造成资源分配不均衡现象。问题三是全局的垃圾回收机制对于写更新不频繁的租户不公平。问题四是多个租户共用一个固定大小的缓冲区，缺乏对具体应用做定制的灵活性。

发明内容