聯(lián)合分層管理的制作方法
【專利摘要】本申請公開了聯(lián)合分層管理。描述了一種裝置和方法，響應(yīng)于大容量存儲設(shè)備中的至少某些大容量存儲設(shè)備提供標(biāo)識哪些數(shù)據(jù)是將在層之間移動的候選的信息，在大容量存儲設(shè)備的層之間動態(tài)地移動數(shù)據(jù)。
【專利說明】聯(lián)合分層管理


【發(fā)明內(nèi)容】

[0001] 描述了一種裝置和方法，響應(yīng)于至少某些大容量存儲設(shè)備提供標(biāo)識哪些數(shù)據(jù)是將 在層之間移動的候選的信息，在大容量存儲設(shè)備的層之間動態(tài)地移動數(shù)據(jù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0002] 圖1示出了處于第一狀態(tài)的第一存儲子系統(tǒng)；
[0003] 圖2示出了處于第二狀態(tài)的第一存儲子系統(tǒng)；
[0004] 圖3示出了處于第一狀態(tài)的第二存儲子系統(tǒng)；
[0005] 圖4示出了處于第二狀態(tài)的第二存儲子系統(tǒng)；
[0006] 圖5示出了第二存儲子系統(tǒng)使用的流程；
[0007] 圖6示出了第二存儲子系統(tǒng)使用的另一流程；
[0008] 圖7示出了第二存儲子系統(tǒng)使用的大容量存儲設(shè)備；
[0009] 圖8示出了第二存儲子系統(tǒng)使用的又一流程；
[0010] 圖9不出了第三存儲子系統(tǒng)；以及
[0011] 圖10不出了另一大容量存儲設(shè)備。 詳細(xì)說明
[0012] 大容量存儲設(shè)備，例如硬盤驅(qū)動器（HDD)、固態(tài)驅(qū)動器（SSD)和混合盤驅(qū)動器 (Hybrid)，能夠在存儲子系統(tǒng)中集成在一起。存儲子系統(tǒng)包括控制訪問大容量存儲設(shè)備的 控制器。存儲子系統(tǒng)可用于提供更好的數(shù)據(jù)訪問性能、數(shù)據(jù)保護(hù)或維護(hù)數(shù)據(jù)可用性。
[0013] 分層已經(jīng)成為包括多種大容量存儲設(shè)備的子系統(tǒng)的優(yōu)化中不可缺少的元素。在這 樣的存儲子系統(tǒng)中大容量存儲設(shè)備按照類型，例如，具有相似的性能特征，集合在一起形成 一個層。一個分層的示例是在最高性能的層上維護(hù)訪問最多的數(shù)據(jù)從而提高存儲子系統(tǒng)的 性能。較少訪問的數(shù)據(jù)則保存在較低性能的層上從而釋放較高性能的層上的空間。
[0014] 然而，數(shù)據(jù)訪問圖案的動態(tài)特性和用戶可消化的及時信息的缺乏，使得在最高性 能的層上維護(hù)該數(shù)據(jù)較困難，其中從該用戶可消化的及時信息獲得有效的存儲管理。為了 克服該問題可以自動執(zhí)行分層以保持性能與變化的操作環(huán)境一致。然而在存儲子系統(tǒng)中維 護(hù)對所有大容量存儲設(shè)備的數(shù)據(jù)訪問圖案的持續(xù)評估，會是控制器中一個相當(dāng)大的負(fù)擔(dān)， 并且會導(dǎo)致低效的存儲使用。
[0015] 為了說明，參見圖1的存儲子系統(tǒng)100。子系統(tǒng)100包括控制器110、第一存儲層 120和第二存儲層130。第一和第二存儲層120、130可以分別是SSD125和HDD135。這樣， 第一存儲層120具有的隨機(jī)訪問讀時間比第二存儲層130快。為了利用該較快時間，控制 器110基于訪問圖案在層之間移動數(shù)據(jù)。
[0016] 存儲子系統(tǒng)100中的數(shù)據(jù)示例為設(shè)備數(shù)據(jù)段120a。如圖所示，每個SSD125中有三 個設(shè)備數(shù)據(jù)段，例如120a、120b、120c。設(shè)備數(shù)據(jù)段120c是第一存儲層120中最不忙的設(shè)備 數(shù)據(jù)段。每個HDD135中有六個設(shè)備數(shù)據(jù)段。設(shè)備數(shù)據(jù)段130a和130b是第二存儲層130 中最忙的。設(shè)備數(shù)據(jù)段130c則是最不忙的。
[0017] 控制器110的任務(wù)是管理層之間數(shù)據(jù)的移動從而優(yōu)化性能。為此控制器110使用 子系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊以追蹤數(shù)據(jù)訪問。為了降低該追蹤的開銷，子系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊的尺寸被劃分為比 設(shè)備數(shù)據(jù)段大。在該特定示例中，子系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊IIOa對應(yīng)包括設(shè)備數(shù)據(jù)段120a、120b、120c 的設(shè)備數(shù)據(jù)段組122。這樣子系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊IlOa具有三個設(shè)備數(shù)據(jù)段的大小。子系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊 IlOb對應(yīng)設(shè)備數(shù)據(jù)段組124。子系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊IlOc對應(yīng)包括設(shè)備數(shù)據(jù)段130a的設(shè)備數(shù)據(jù)段 組132。子系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊IlOd對應(yīng)包括設(shè)備數(shù)據(jù)段130b、130c的設(shè)備數(shù)據(jù)段組134。無論設(shè) 備數(shù)據(jù)段何時被訪問，控制器110將該訪問作為它的對應(yīng)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊的訪問。在該示例 中，對組122中設(shè)備數(shù)據(jù)段的任何一個的訪問作為是對子系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊IlOa的訪問。
[0018] 如前所述，設(shè)備數(shù)據(jù)段120c是第一存儲片120中最不忙的設(shè)備數(shù)據(jù)段。那么隨著 控制器110追蹤數(shù)據(jù)訪問，它確定分別對應(yīng)的子系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊IlOa是第一存儲層120中最不 忙的子系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊。同樣地，由于設(shè)備數(shù)據(jù)段130a和130b是第二存儲層130中最忙的設(shè) 備數(shù)據(jù)段，控制器110確定分別對應(yīng)的子系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊IlOc和IlOd是第二存儲層130中最 忙的子系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊。因此，控制器確定將最不忙和最忙的子系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊移動到另一層。
[0019] 存儲層之間子系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊的移動將參考圖2進(jìn)行說明。在此，對應(yīng)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊 IlOa的設(shè)備數(shù)據(jù)段組122(包括設(shè)備數(shù)據(jù)段120a、120b、120c)被寫入HDD135,該HDD135 先前維護(hù)對應(yīng)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊IlOc的設(shè)備數(shù)據(jù)段組132(包括設(shè)備數(shù)據(jù)段130a)。類似地，對 應(yīng)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊IlOb的設(shè)備數(shù)據(jù)段組124被寫入HDD135,該HDD135先前維護(hù)對應(yīng)子系 統(tǒng)數(shù)據(jù)塊IlOd的設(shè)備數(shù)據(jù)段組134(包括設(shè)備數(shù)據(jù)段130b、130c)。子系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊IlOc和 IlOd分別被寫入先前存儲設(shè)備數(shù)據(jù)段組122和124的位置。
[0020] 在此揭露該分層管理方法的低效之處。注意和設(shè)備數(shù)據(jù)段組134 -起傳輸?shù)氖窃O(shè) 備數(shù)據(jù)段130c。該段曾是第二存儲層130中最不忙的設(shè)備數(shù)據(jù)段。現(xiàn)在該設(shè)備數(shù)據(jù)段位于 第一存儲層120中使用著本可用于更忙的設(shè)備數(shù)據(jù)段的寶貴存儲空間。發(fā)生這種情況是由 于該分層管理方法所作的折衷?？紤]到在系統(tǒng)級為每個設(shè)備數(shù)據(jù)段追蹤所有數(shù)據(jù)訪問活動 對子系統(tǒng)控制器處理開銷和存儲器要求具有負(fù)面影響。此外，隨著潛在的層存儲容量增長， 用于追蹤訪問活動的子系統(tǒng)存儲器也增長否則會損害子系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊大小的追蹤準(zhǔn)確度。結(jié) 果，子系統(tǒng)存儲器和處理開銷通常指定子系統(tǒng)控制器使用比理想大小更大的塊-比設(shè)備數(shù) 據(jù)段更大。這導(dǎo)致由于將最不忙的設(shè)備數(shù)據(jù)段移動到最高性能的層上這樣的操作所造成的 性能增益減小。
[0021] 為了克服這種分層管理方法的不足，使用構(gòu)成子系統(tǒng)的大容量存儲設(shè)備來貢獻(xiàn)分 層管理任務(wù)從而在提高分層整體效率的同時減小對子系統(tǒng)控制器處理開銷和存儲器要求 的影響。將監(jiān)控大容量存儲設(shè)備數(shù)據(jù)段活動水平和標(biāo)識候選移動段的任務(wù)分散在大容量存 儲設(shè)備上-也就是說，通過將其聯(lián)合-將使大容量存儲設(shè)備個體上承擔(dān)相對小的額外負(fù)擔(dān)， 但總體上極大地減少控制器任務(wù)。
[0022] 用這種方法也使得該分層更有效。由于控制器在子系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊的大小以及控制器 處理開銷的量和用于監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)段活動水平的存儲器之間進(jìn)行折衷，聯(lián)合分層能夠在很 小容量的單元上實現(xiàn)，因為所有大容量存儲設(shè)備在并行進(jìn)行該工作。
[0023] 大容量存儲設(shè)備貢獻(xiàn)分層管理的一個潛在方面在于，它提供給控制器的大量數(shù)據(jù) 是它可能已經(jīng)維護(hù)的數(shù)據(jù)?？紤]即使最小和最簡單的大容量存儲設(shè)備也包括內(nèi)部緩存。為 了管理該內(nèi)部緩存，大容量存儲設(shè)備追蹤它所服務(wù)的訪問活動并使最經(jīng)常被請求的段在其 緩存中可用。這將優(yōu)化緩存的性能益處。SSD為數(shù)據(jù)管理技術(shù)例如閃存單元的損耗均衡和 垃圾收集而監(jiān)控訪問活動以保證存儲持久性。
[0024]然后這些大容量存儲設(shè)備能夠向控制器提供該訪問活動信息。這使得控制器能夠 得到準(zhǔn)確、及時和全面的指示高或低訪問活動段的信息。然后控制器能夠使用該信息優(yōu)化 子系統(tǒng)性能。因此，用自己非常少的測量活動，子系統(tǒng)控制器將從給定配置中獲得最好的性 能。由于大容量存儲設(shè)備已經(jīng)可以結(jié)合對它們自己內(nèi)部緩存的監(jiān)管或其他內(nèi)部管理處理很 多這些工作，由聯(lián)合分層管理導(dǎo)致的額外負(fù)擔(dān)相對較小。
[0025] 控制器將配置每個層中的大容量存儲設(shè)備關(guān)于它將從它們請求哪些訪問活動信 息，隨后請求該信息。每個大容量存儲設(shè)備優(yōu)選地追蹤其存儲空間中最忙或最不忙的段的 讀和寫活動，包括記錄順序讀和寫。為了確定哪個段應(yīng)在層之間移動，控制器可以請求最忙 或最不忙的段的列表。為了說明，參考圖3和所示的子系統(tǒng)300。這里，控制器310向第一 存儲層320的大容量存儲設(shè)備請求哪些設(shè)備數(shù)據(jù)段最不忙，潛在地滿足閾值或其他條件。 作為響應(yīng)，控制器310接收關(guān)于設(shè)備數(shù)據(jù)段320a、320b的訪問活動信息?？刂破?10向第 二存儲層330的大容量存儲設(shè)備請求哪些設(shè)備數(shù)據(jù)段最忙。作為響應(yīng)，控制器310接收關(guān) 于設(shè)備數(shù)據(jù)段330a、330b的訪問活動信息。
[0026] 然后控制器310確定這四個被標(biāo)識的設(shè)備數(shù)據(jù)段是否應(yīng)當(dāng)被移動，這部分地基于 目標(biāo)層是否能夠接收它并且達(dá)到移動的目的。如圖3所示，第一和第二存儲層320、330能 夠容納該數(shù)據(jù)移動，因為二者都報告了兩個設(shè)備數(shù)據(jù)段。在圖4中控制器310繼續(xù)在存儲 層之間移動所標(biāo)識的設(shè)備數(shù)據(jù)段。設(shè)備數(shù)據(jù)段320a和330a的存儲位置互換，并且設(shè)備數(shù) 據(jù)段320b和330b的存儲位置互換。這樣提高了設(shè)備數(shù)據(jù)段330a和330b的訪問性能。并 且，和圖1和2的分層管理方法不同，沒有無保證的設(shè)備數(shù)據(jù)段移動被執(zhí)行。結(jié)果是不像被 放入高性能層中那樣多地被訪問的數(shù)據(jù)量的最小化。注意最不忙的設(shè)備數(shù)據(jù)段330c未被 移動到第一存儲層320。而且，控制器310使用了比圖1和2所示的處理器110用于管理 15個子系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊更少的處理和存儲器資源來管理這四個設(shè)備數(shù)據(jù)段320a、320b、330a和 330b〇
[0027] 以上描述只是許多示例中的一個。進(jìn)一步的示例將參考下面的表1進(jìn)行說明。假 設(shè)子系統(tǒng)中的每個大容量存儲設(shè)備維護(hù)如表1所示的訪問活動信息。第1列示出了作為 LBA范圍的設(shè)備數(shù)據(jù)段。這些LBA范圍可以任意方式定義。一種方式是使用子系統(tǒng)訪問的 平均傳輸長度。盡管每個層和每個大容量存儲設(shè)備的段的大小可以不同，但這會導(dǎo)致控制 器更多的開銷。
[0028] 每個LBA范圍有相關(guān)的讀和寫（訪問）頻率值。這些值可根據(jù)滿足閾值訪問頻率 而確定。例如，子系統(tǒng)控制器可編程大容量存儲設(shè)備從而將某個值，例如15010/秒，作為訪 問頻率?；蛘叽笕萘看鎯υO(shè)備可隨著它們發(fā)生而簡單地增加每個讀和寫的列，并且子系統(tǒng) 控制器用于確定訪問頻率。這可以通過子系統(tǒng)控制器確定訪問活動信息請求之間的時間來 完成?；蛘咦酉到y(tǒng)控制器可以以固定間隔對訪問活動信息請求進(jìn)行計時。然后大容量存儲 設(shè)備將僅發(fā)送滿足一定閾值的訪問活動信息。而且，在某些情況下提供除了讀活動以外的 信息，因為在層之間移動數(shù)據(jù)的最好決定可能不是僅考慮讀活動信息而確定的。
[0029] 此外，大容量存儲設(shè)備可提供控制器不方便收集的信息。例如，表1中的訪問活動 信息還包括顯示該訪問是否為順序的列。子系統(tǒng)控制器要準(zhǔn)確檢測順序訪問具有很大的困 難。但是順序訪問可能是考慮是否降級或升級設(shè)備數(shù)據(jù)段的重要信息。

【權(quán)利要求】
1. 一種方法，包括：響應(yīng)于大容量存儲設(shè)備中的至少某些大容量存儲設(shè)備提供標(biāo)識哪 些數(shù)據(jù)是將要在層之間移動的候選的信息，在大容量存儲設(shè)備的層之間動態(tài)地移動數(shù)據(jù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在層之間動態(tài)地移動數(shù)據(jù)由子系統(tǒng)控制器 執(zhí)行。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述大容量存儲設(shè)備的每一個包括與子系 統(tǒng)控制器分離的控制器。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括，子系統(tǒng)控制器請求大容量存儲 設(shè)備提供標(biāo)識哪些數(shù)據(jù)是將要在層之間移動的候選的信息。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括，大容量存儲設(shè)備響應(yīng)于請求而 提供所述信息，所述信息包括設(shè)備數(shù)據(jù)段以及相關(guān)的讀訪問、寫訪問、順序讀和順序?qū)懼械?至少一個。
6. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括，子系統(tǒng)控制器配置大容量存儲 設(shè)備以提供所述信息。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括，大容量存儲設(shè)備收集所述信息 作為不同于在層之間移動數(shù)據(jù)的用途。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括，大容量存儲設(shè)備在它們自身之 間移動數(shù)據(jù)并通知子系統(tǒng)控制器數(shù)據(jù)已經(jīng)移動。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述層是分布式文件系統(tǒng)的一部分。
10. -種系統(tǒng)，包括： 子系統(tǒng)控制器；以及 耦合到子系統(tǒng)控制器的大容量存儲設(shè)備的層，每一個被配置為向子系統(tǒng)控制器輸出用 于在層之間移動數(shù)據(jù)的訪問活動信息。
11. 如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述子系統(tǒng)控制器和層通過各自的接口 親合在一起。
12. 如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述層在性能、成本和容量中的至少一方 面不同。
13. 如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，訪問活動信息包括設(shè)備數(shù)據(jù)段以及相關(guān) 的讀訪問、寫訪問、順序讀和順序?qū)懼械闹辽僖粋€。
14. 權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述大容量存儲設(shè)備的每一個包括與子系 統(tǒng)控制器分離的控制器。
15. 權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，子系統(tǒng)控制器被配置為請求訪問活動信息。
16. 權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，大容量存儲設(shè)備被配置為在它們自身之間 移動數(shù)據(jù)并通知子系統(tǒng)控制器數(shù)據(jù)已經(jīng)移動。
17. 權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，子系統(tǒng)控制器能夠配置大容量存儲設(shè)備以 提供所述信息。
18. 權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，大容量存儲設(shè)備被配置為收集所述信息作 為不同于在層之間移動數(shù)據(jù)的用途。
19. 權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述層是分布式文件系統(tǒng)的一部分。
20. -種子系統(tǒng)控制器，包括存儲接口，所述存儲接口可電耦合到大容量存儲設(shè)備的 層，并且可操作地被配置為響應(yīng)于從大容量存儲設(shè)備中的至少某些大容量存儲設(shè)備接收的 訪問活動信息而確定層之間的數(shù)據(jù)移動。
21. 如權(quán)利要求20所述的子系統(tǒng)控制器，其特征在于，子系統(tǒng)控制器被配置為使用至 少一個政策以及訪問活動信息以確定數(shù)據(jù)移動。
22. 權(quán)利要求20所述的子系統(tǒng)控制器，其特征在于，在從子系統(tǒng)控制器接收請求后接 收訪問活動信息。
23. 權(quán)利要求22所述的子系統(tǒng)控制器，其特征在于，所述請求可以是周期性的或由事 件驅(qū)動。
24. 權(quán)利要求20所述的子系統(tǒng)控制器，其特征在于，進(jìn)一步被配置為針對訪問活動信 息向大容量存儲設(shè)備提供配置信息。
25. -種大容量存儲設(shè)備，包括： 大容量存儲器，以及 耦合的控制器，用于控制對大容量存儲器的訪問并包括主機(jī)接口；所述控制器被配置 為收集大容量存儲器的訪問活動信息，并響應(yīng)于請求而從存儲接口輸出訪問活動信息。
26. 如權(quán)利要求25所述的大容量存儲設(shè)備，其特征在于，控制器由子系統(tǒng)控制器配置。
27. 如權(quán)利要求25所述的大容量存儲設(shè)備，其特征在于，進(jìn)一步包括耦合到控制器的 子系統(tǒng)控制器。
28. 如權(quán)利要求25所述的大容量存儲設(shè)備，其特征在于，子系統(tǒng)控制器包括層接口。
29. 如權(quán)利要求25所述的大容量存儲設(shè)備，其特征在于，訪問活動信息被輸出到大容 量存儲設(shè)備外部。
30. 如權(quán)利要求25所述的大容量存儲設(shè)備，進(jìn)一步被配置為與另一大容量存儲設(shè)備一 起移動。
【文檔編號】G06F12/08GK104484125SQ201410557180
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年8月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月2日
【發(fā)明者】D·B·安德森 申請人:希捷科技有限公司