[發明專利]一種多租戶固態盤性能隔離條件下實現高帶寬的方法

有效

• 申請號: 202010400213.9
• 申請日: 2020-05-13
• 公開（公告）號: CN111582739B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 周游;文宇鴻;吳非;謝長生
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q30/06
• 代理公司: 武漢臻誠專利代理事務所(普通合伙) 42233
• 代理人: 宋業斌

本發明公開了一種多租戶固態盤性能隔離條件下實現高帶寬的方法，其提出在多租戶固態盤中采取局部型垃圾回收方式，并為每個租戶分配帶寬預算，采取輪詢調度的請求調度方法，周期性根據租戶的實際帶寬比調整帶寬預算分配，以保障性能隔離，進而實現帶寬公平；周期性根據各租戶對預留空間資源的需求程度來按需調整預留空間資源的分配，來提高帶寬性能，與此同時通過控制預留空間調整過程中被調整塊的垃圾回收速率和寫映射速率，來避免預留空間動態調整對性能隔離效果的破壞。本發明能夠在多租戶固態盤內既保障租戶間的性能隔離效果，又能減少由性能隔離帶來的帶寬損失，實現高帶寬性能。

技術領域

本發明屬于存儲技術領域，更具體地，涉及一種多租戶固態盤性能隔離條件下實現高帶寬的方法。

背景技術

隨著閃存技術的不斷進步，多租戶固態盤(Solid State Disk，SSD)的存儲密度越來越高，而成本越來越低，這使得單個多租戶固態盤的容量變得越來越大，多租戶固態盤虛擬化技術得以發展和利用。虛擬化技術是提高硬件資源利用率和降低系統成本的有效手段，通過虛擬化技術，多租戶可以共享使用有限的硬件資源(如CPU、I/O設備、內存等)，進而利用多租戶固態盤內部多通道、多芯片、多晶圓以及多分組間的高度并行結構來提高帶寬性能，其中晶圓是獨立執行閃存操作命令的最小存儲單元。

在現有多租戶固態盤的應用場景中，保障多租戶間的性能隔離是多租戶固態盤系統設計的關鍵要求。現有的多租戶固態盤性能隔離方法通常保障每個閃存塊只存儲單個租戶的數據，并分配給每個租戶固定的閃存塊資源，以消除租戶間的閃存塊資源的競爭，并實現租戶間的性能隔離，如圖1所示。

閃存多租戶固態盤為了降低垃圾回收開銷，在滿足租戶存儲空間的基礎上額外提供了過量的存儲空間，稱為預留空間(Over-Provision Space，OPS)，預留空間越大，則閃存塊的平均有效頁數越少，垃圾回收開銷越小，性能越高；但現有的多租戶固態盤性能隔離方法存在著不可忽略的缺陷：該方法將固定大小的預留空間分配給各租戶，卻并沒有考慮到對于寫密集型租戶而言，其對預留空間的需求程度和利用率高于讀密集型租戶，因此，該方法會由于各租戶對預留空間利用率不同，造成帶寬性能損失。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種多租戶固態盤性能隔離條件下實現高帶寬的方法，其目的在于，解決現有多租戶固態盤性能隔離方法由于沒有考慮到各租戶對預留空間利用率不同，所造成的帶寬性能損失的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種多租戶固態盤性能隔離條件下實現高帶寬的方法，包括：

一、IO請求插入請求隊列過程，其包括以下步驟：

(1)接收來自租戶的IO請求，并判斷該IO請求的請求類型是讀請求還是寫請求，若為讀請求則進入步驟(2)，否則進入步驟(3)；

(2)根據該IO請求對應的邏輯地址查詢地址映射表，以獲取對應的物理地址，并將該讀請求插入到與該物理地址對應的、該租戶的請求隊列中，過程結束；

(3)判斷該租戶是否擁有特殊空閑閃存塊，如果擁有且尚未寫滿則進入步驟(4)，否則進入步驟(6)；

(4)判斷當前時刻該特殊空閑閃存塊的寫速率是否超過閾值，如果是則進入步驟(5)，否則進入步驟(6)；

(5)將該寫請求映射到該特殊空閑閃存塊的物理地址上，修改地址映射表中該寫請求的邏輯地址與物理地址之間的映射關系，并將該寫請求插入到與該物理地址對應的、該租戶的請求隊列中，然后進入步驟(7)；

(6)將該寫請求映射到該租戶除了特殊空閑閃存塊以外的另一個空閑閃存塊的物理地址上，修改地址映射表中該寫請求的邏輯地址與物理地址之間的映射關系，并將該寫請求插入到與該物理地址對應的、該租戶的請求隊列中，然后進入步驟(7)；