[發(fā)明專利]一種虛擬I/O調(diào)度方法和系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310573986.7
• 申請日: 2013-11-15
• 公開（公告）號: CN104636201A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝朝陽;高原;郭健
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電信股份有限公司
• 主分類號: G06F9/50
• 分類號: G06F9/50;G06F9/455
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 曾暉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及云計算領(lǐng)域，特別是涉及一種虛擬I/O調(diào)度方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

當(dāng)今計算時代正在由信息共享向服務(wù)共享過渡，在這個跨越中出現(xiàn)了新的計算模式——云計算。云計算支持用戶根據(jù)自己的需求，從使用的各種設(shè)備（包括固定和移動及家庭各類設(shè)備）找到相關(guān)計算服務(wù)，而這些服務(wù)又是存儲在位于分布式網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器。云計算作為一種網(wǎng)絡(luò)化按需加載的分布式系統(tǒng)，終端系統(tǒng)會產(chǎn)生大量的混雜類型的虛擬I/O。其中包括系統(tǒng)類的I/O請求、非實(shí)時性文件I/O請求和實(shí)時性文件I/O請求等，圖1所示為云計算環(huán)境下虛擬I/O的處理過程。然而近年來CPU計算速度的飛速提升并沒有帶來計算機(jī)I/O處理速度的提高，I/O一直是計算機(jī)性能的瓶頸，對于云計算模式也不例外。因此，改善終端系統(tǒng)性能的一個有效方法是提高I/O的處理性能。

傳統(tǒng)的I/O調(diào)度方法存在以下問題：

第一、通用的I/O調(diào)度算法（如SCAN，SSTF）都將力圖減少物理磁盤的尋道時間和旋轉(zhuǎn)時間作為提高磁盤系統(tǒng)響應(yīng)時間和吞吐率的一個重要因素。但云計算終端是由虛擬磁盤機(jī)制向加載的操作系統(tǒng)提供平面尋址的虛擬塊設(shè)備，因此終端的磁盤I/O處理和調(diào)度機(jī)制無需考慮磁盤的物理屬性。

第二、支持QoS控制的I/O的調(diào)度算法需要操作系統(tǒng)中有支持硬實(shí)時的QoS控制模塊來提供QoS控制參數(shù)，會給上至應(yīng)用程序下到物理磁盤調(diào)度帶來較大開銷，而且對操作系統(tǒng)的修改也較大，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。

第三、云計算在處理虛擬磁盤I/O的路徑上增加了網(wǎng)絡(luò)傳輸以及服務(wù)器上的I/O處理，路徑較單機(jī)系統(tǒng)更長，所以大量小I/O產(chǎn)生的小數(shù)據(jù)包會使得網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男阅芙档停W(wǎng)絡(luò)I/O的性能下降。因此將小I/O聚合對于I/O處理路徑較長的云計算系統(tǒng)有重要影響。現(xiàn)有聚合小I/O的方法如Collective?I/O，無法獲得上層的語義信息，即沒有區(qū)分I/O的類型，從而聚合的效率不高。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上，本發(fā)明提出一種虛擬I/O調(diào)度方法和系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的至少一個問題。

根據(jù)本發(fā)明一方面，提出一種虛擬I/O調(diào)度方法，包括：當(dāng)上層應(yīng)用對文件系統(tǒng)產(chǎn)生I/O請求R_k時，CFD通過文件系統(tǒng)的過濾驅(qū)動截獲請求R_k，根據(jù)文件F_k、進(jìn)程P_k和時間戳T_k將該請求分類，將分類標(biāo)記C_k附加在請求R_k中，并根據(jù)附加的分類標(biāo)記C_k將該I/O請求插入到各自類別的I/O隊(duì)列中；在本地緩存中查找該I/O請求所需的數(shù)據(jù)塊，如果找到，則返回。

進(jìn)一步，在本地緩存中未查找到該I/O請求所需的數(shù)據(jù)塊時，為不同類別的I/O隊(duì)列賦予不同的處理優(yōu)先權(quán)重；對某一隊(duì)列的I/O進(jìn)行處理時，對隊(duì)列中的I/O進(jìn)行聚合，將連續(xù)塊的請求聚合為一個請求；未工作的NBD實(shí)例被喚醒，將該I/O請求封裝成NBD包，調(diào)用本地網(wǎng)卡驅(qū)動，發(fā)送到服務(wù)器上處理，以從服務(wù)器獲取I/O請求所需的數(shù)據(jù)塊。

進(jìn)一步，創(chuàng)建文件F_k、進(jìn)程P_k和時間戳T_k到分類集合C_k的映射函數(shù)f，并根據(jù)該映射函數(shù)將請求分類。

進(jìn)一步，根據(jù)分配給每類I/O的優(yōu)先權(quán)重來規(guī)定每類I/O處理在每輪處理中的所占時間。

進(jìn)一步，預(yù)先創(chuàng)建多個NBD實(shí)例，當(dāng)處理一個聚合I/O請求時，未工作的NBD實(shí)例被喚醒。

根據(jù)本發(fā)明一方面，提出一種虛擬I/O調(diào)度系統(tǒng)，包括CFD和CBC，其中：CFD，當(dāng)上層應(yīng)用對文件系統(tǒng)產(chǎn)生I/O請求R_k時，通過文件系統(tǒng)的過濾驅(qū)動截獲請求R_k，根據(jù)文件F_k、進(jìn)程P_k和時間戳T_k將該請求分類，將分類標(biāo)記C_k附加在請求R_k中，并根據(jù)附加的分類標(biāo)記C_k將該I/O請求插入到各自類別的I/O隊(duì)列中；CBC，在本地緩存中查找該I/O請求所需的數(shù)據(jù)塊，如果找到，則返回。