本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)存儲計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種IO調(diào)度方法及IO調(diào)度裝置。

背景技術(shù)：

隨著互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展，固態(tài)硬盤作為新的一代存儲，被廣泛應(yīng)用。目前調(diào)度算法主要有兩類，一、先進(jìn)先出服務(wù)FIFO；二、電梯算法，也即就近原則進(jìn)行服務(wù)。傳統(tǒng)的IO調(diào)度方式主要結(jié)合機(jī)械硬盤的尋址特點(diǎn)采用電梯算法實(shí)現(xiàn)，簡單利用電梯算法不能充分發(fā)揮固態(tài)硬盤SSD的特性進(jìn)行處理。而且，由于緩存的存在，改變了IO的處理邏輯，引入了新的問題，比如IO沖突幾率大大增加，需要進(jìn)行解決?，F(xiàn)有技術(shù)中，對于存儲系統(tǒng)的企業(yè)而言，尤其是使用固態(tài)硬盤緩存處理過程中，如何高效地、合理地對進(jìn)行IO調(diào)度，從而提高存儲系統(tǒng)的讀寫速度是個很難解決的問題。

而固態(tài)硬盤相對于機(jī)械硬盤，其隨機(jī)性能接近順序性能，電梯算法調(diào)試方式優(yōu)勢消失。同時固態(tài)硬盤也具有自已特點(diǎn)，如：寫操作要先擦除后寫入、寫操作次數(shù)受限等。因此，固態(tài)硬盤需要新的調(diào)度算法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了便于理解，對本申請文件中出現(xiàn)的部分詞語，澄清如下：

所述輪詢，是指依序詢問每一個周邊設(shè)備是否需要其服務(wù)，有即給予服務(wù)，服務(wù)結(jié)束后再問下一個周邊，接著不斷周而復(fù)始。

鑒于背景技術(shù)存在的技術(shù)問題，本方法提供了一種解決固態(tài)硬盤寫操作需要先擦除后再寫入、寫操作次數(shù)受限等問題，同時結(jié)合固態(tài)硬盤特點(diǎn)，優(yōu)化IO棧的IO調(diào)度方法及IO調(diào)度裝置。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種IO調(diào)度方法，包括：

緩存中，通過IO調(diào)度將IO請求形成IO調(diào)度隊(duì)列；

判斷IO請求的待操作固態(tài)硬盤的物理地址是否在地址映射表中：若是則進(jìn)行下一步；否則將IO請求放回IO調(diào)度隊(duì)列；

判斷IO請求的待操作固態(tài)硬盤是否正在進(jìn)行垃圾回收操作：若是則將IO請求放回IO調(diào)度隊(duì)列；否則將IO請求進(jìn)行IO操作。

其中，通過IO調(diào)度將IO請求形成IO調(diào)度隊(duì)列之前，還包括：

記錄IO請求進(jìn)入IO調(diào)度隊(duì)列的時間，進(jìn)入時間達(dá)到預(yù)設(shè)值的IO請求將被強(qiáng)制進(jìn)行IO操作。

其中，通過IO調(diào)度將IO請求形成IO調(diào)度隊(duì)列，包括：

在緩存中，以預(yù)設(shè)值為單位組織IO請求；

將IO請求進(jìn)行IO調(diào)度；

將IO請求形成IO調(diào)度隊(duì)列。

其中，判斷IO請求的待操作固態(tài)硬盤的物理地址是否在地址映射表中之前，還包括：

在緩存中，建立固態(tài)硬盤的地址映射表。

進(jìn)一步地，所述IO調(diào)度隊(duì)列包括有多個不同優(yōu)先級的子隊(duì)列，根據(jù)優(yōu)先級周期性地對IO調(diào)度隊(duì)列中的IO請求進(jìn)行IO操作。

進(jìn)一步地，還包括：判斷IO請求的待操作固態(tài)硬盤的物理地址是否在地址映射表中，若否，則將該IO請求的待操作固態(tài)硬盤的物理地址存入臨時地址映射表，每個周期后，將臨時地址映射表并入地址映射表。

本發(fā)明提供一種IO調(diào)度裝置，包括：

應(yīng)用模塊，用于組織IO請求，并將IO請求發(fā)送給IO調(diào)度模塊；

地址映射表創(chuàng)建模塊，用于在緩存中建立固態(tài)硬盤的地址映射表；

IO調(diào)度模塊，用于接收IO請求，將IO請求加入到IO調(diào)度隊(duì)列中，調(diào)度隊(duì)列包括多個不同優(yōu)先級的子隊(duì)列；

IO操作模塊，用于根據(jù)IO調(diào)度隊(duì)列的優(yōu)先級，選擇IO請求并下發(fā)到固態(tài)硬盤進(jìn)行處理；

第一判斷模塊，用于判斷IO請求的待操作固態(tài)硬盤的物理地址的是否在地址映射表中；

第二判斷模塊，判斷IO請求的待操作固態(tài)硬盤是否正在進(jìn)行垃圾回收操作。

優(yōu)選地，還包括：

時間檢測模塊，用于記錄IO請求進(jìn)入IO調(diào)度隊(duì)列的時間。

優(yōu)選地，還包括：

輪詢模塊，用于根據(jù)子隊(duì)列的優(yōu)先級對IO調(diào)度隊(duì)列進(jìn)行周期性操作。

進(jìn)一步地，還包括：

臨時地址映射表創(chuàng)建模塊，用于創(chuàng)建臨時地址映射表，所述臨時地址映射表用于暫存未被操作的IO請求的待操作固態(tài)硬盤的物理地址，每個周期后，將臨時地址映射表并入地址映射表。

本發(fā)明所提供的一種IO調(diào)度方法，有益效果如下：

1.本發(fā)明結(jié)合固態(tài)硬盤的特點(diǎn)，通過判斷IO請求的待操作固態(tài)硬盤的物理地址是否在地址映射表中；判斷IO請求的待操作固態(tài)硬盤是否正在進(jìn)行垃圾回收操作，使固態(tài)硬盤的IO調(diào)度過程具有緩存感知、垃圾回收感知的功能，解決了固態(tài)硬盤寫操作需要先擦除后再寫入、寫操作次數(shù)受限等問題，提高固態(tài)硬盤的讀寫速度，從一定方面也提高了固態(tài)硬盤的使用壽命；

2.本發(fā)明設(shè)有時間檢測模塊，在IO進(jìn)行隊(duì)列之前，記錄IO的操作時間，系統(tǒng)通過時間檢測模塊檢測IO隊(duì)列中是否有IO操作達(dá)到最長的等待時間，如果達(dá)到最長等待時間，IO將被強(qiáng)制處理，避免了某些IO長時間沒有處理的情況，提高提高固態(tài)硬盤的讀寫效率；

本發(fā)明所提供的IO調(diào)度裝置與IO調(diào)度方法的有益效果類似，不再贅述。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供的IO調(diào)度方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例所提供的IO調(diào)度裝置的模塊示意圖；

具體實(shí)施方式：

依照附圖詳細(xì)說明關(guān)于本發(fā)明的示例性實(shí)施例。

本發(fā)明提供一種IO調(diào)度方法，包括：

緩存中，通過IO調(diào)度將IO請求形成IO調(diào)度隊(duì)列；

判斷IO請求的待操作固態(tài)硬盤的物理地址是否在地址映射表中：若是則進(jìn)行下一步；否則將IO請求放回IO調(diào)度隊(duì)列；

判斷IO請求的待操作固態(tài)硬盤是否正在進(jìn)行垃圾回收操作：若是則將IO請求放回IO調(diào)度隊(duì)列；否則將IO請求進(jìn)行IO操作。

請參考圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供的IO調(diào)度方法的流程示意圖；本實(shí)施例提供一種IO調(diào)度方法，結(jié)合固態(tài)硬盤地址映射的特點(diǎn)和垃圾回收的特點(diǎn)進(jìn)行映射，包括以下步驟：

S101、緩存中，通過IO調(diào)度將IO請求形成IO調(diào)度隊(duì)列；

其中，具體步驟為：

在緩存中，以預(yù)設(shè)值為單位組織IO請求，在本實(shí)施例中，以頁為單位進(jìn)行組織IO請求，頁的大小為4K；

作為一種可實(shí)施方式，預(yù)設(shè)值還可以設(shè)置為2K、8K、16K、32K等。

將IO請求進(jìn)行IO調(diào)度；

將IO請求形成IO調(diào)度隊(duì)列。

所述IO調(diào)度隊(duì)列包括有多個不同優(yōu)先級的子隊(duì)列，在本實(shí)施例中，IO調(diào)度隊(duì)列是一個多子隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，每個子隊(duì)列具有不同的優(yōu)先級。每個子隊(duì)列的IO數(shù)目相等，均等于QueueMax。當(dāng)一個子隊(duì)列（N）的IO請求數(shù)達(dá)到最大值時，將從子隊(duì)列鏈表底部抽取IO請求移到前一個子隊(duì)列。

作為一種可實(shí)施方式，所述IO調(diào)度隊(duì)列還可以包括一個數(shù)組，數(shù)組的長度為優(yōu)先級的個數(shù)，設(shè)置序號為0為最高調(diào)度優(yōu)先級。數(shù)組的每個元素包括一個鏈表指針，該指針用于指向?qū)儆谠搩?yōu)先級的IO請求。另外還可以采用鏈表、樹等其他數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行存儲。

作為另一種可實(shí)施方式，所述數(shù)組元素還可以保存當(dāng)前是否有IO請求需要處理的信息。除此之外，所述數(shù)據(jù)元素還可以保存與應(yīng)用屬性、固態(tài)盤屬性相關(guān)的信息。

根據(jù)優(yōu)先級周期性地對IO調(diào)度隊(duì)列中的IO請求進(jìn)行IO操作，在本實(shí)施例中， IO操作模塊從優(yōu)先級最高的隊(duì)列進(jìn)行處理，當(dāng)一個隊(duì)列處理完成之后即進(jìn)行休眠狀態(tài)；當(dāng)時間片輪轉(zhuǎn)到之后，繼續(xù)上述處理，直至隊(duì)列中所有的操作均被請求完成。其中，時間片輪轉(zhuǎn)是分時操作系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度機(jī)制。在完成指定的任務(wù)后，可以將系統(tǒng)轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)，當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)的時間或者達(dá)到調(diào)度條件后，可以繼續(xù)執(zhí)行。

在步驟S101進(jìn)行的同時，記錄IO請求進(jìn)入IO調(diào)度隊(duì)列的時間，進(jìn)入時間達(dá)到預(yù)設(shè)值的IO請求將被強(qiáng)制進(jìn)行IO操作。在本實(shí)施例中，通過一個時間檢測模塊記錄IO請求進(jìn)入IO調(diào)度隊(duì)列的時間。

作為一種可實(shí)施方式，系統(tǒng)通過deadline檢測模塊檢測IO隊(duì)列中是否有IO操作達(dá)到最長的等待時間Qmax,如果達(dá)到最長等待時間，IO將被強(qiáng)制處理。所述deadline檢測模塊，通過系統(tǒng)的Timer機(jī)制實(shí)現(xiàn)檢測程序定時運(yùn)行。當(dāng)運(yùn)行器達(dá)到預(yù)設(shè)的時間如1秒種，就激發(fā)檢測程序檢測IO隊(duì)列中IO請求等待時長，當(dāng)檢測到等待時間達(dá)到Qmax時，將被處理。該模塊檢測完成所有的IO請求后，創(chuàng)建新的定時器。

S102、在緩存中，建立固態(tài)硬盤的地址映射表。固態(tài)硬盤的地址映射表的換入換出由驅(qū)動實(shí)現(xiàn)的，即驅(qū)動程序根據(jù)一定的規(guī)則將存儲的固態(tài)硬盤的映射表調(diào)入內(nèi)存中，本發(fā)明所涉及的機(jī)制將優(yōu)先處理映射表在緩存中的IO請求。

S103、判斷IO請求的待操作固態(tài)硬盤的物理地址是否在地址映射表中：若是則進(jìn)行下一步；否則將IO請求放回IO調(diào)度隊(duì)列；

作為一種可實(shí)施方式，驅(qū)動程序可以提供API用以檢查其映射表（Mapping Cache）是否在緩存中

作為另一種可實(shí)施方式，判斷IO請求的待操作固態(tài)硬盤的物理地址是否在地址映射表中，若否，則將該IO請求的待操作固態(tài)硬盤的物理地址存入臨時地址映射表，每個周期后，將臨時地址映射表并入地址映射表。

S104、判斷IO請求的待操作固態(tài)硬盤是否正在進(jìn)行垃圾回收操作：若是則將IO請求放回IO調(diào)度隊(duì)列；否則將IO請求進(jìn)行IO操作。

本發(fā)明提供一種IO調(diào)度裝置，包括：

應(yīng)用模塊，用于組織IO請求，并將IO請求發(fā)送給IO調(diào)度模塊；

地址映射表創(chuàng)建模塊，用于在緩存中建立固態(tài)硬盤的地址映射表；

IO調(diào)度模塊，用于接收IO請求，將IO請求加入到IO調(diào)度隊(duì)列中，調(diào)度隊(duì)列包括多個不同優(yōu)先級的子隊(duì)列；

IO操作模塊，用于根據(jù)IO調(diào)度隊(duì)列的優(yōu)先級，選擇IO請求并下發(fā)到固態(tài)硬盤進(jìn)行處理；

第一判斷模塊，用于判斷IO請求的待操作固態(tài)硬盤的物理地址的是否在地址映射表中；

第二判斷模塊，判斷IO請求的待操作固態(tài)硬盤是否正在進(jìn)行垃圾回收操作。

請參考圖2，圖2為本發(fā)明實(shí)施例所提供的IO調(diào)度裝置的模塊示意圖；本實(shí)施例提供一種IO調(diào)度裝置，包括：

應(yīng)用模塊201，用于組織IO請求，并將IO請求發(fā)送給IO調(diào)度模塊；

地址映射表創(chuàng)建模塊206，用于在緩存中建立固態(tài)硬盤的地址映射表；

IO調(diào)度模塊202，用于接收IO請求，將IO請求加入到IO調(diào)度隊(duì)列中，調(diào)度隊(duì)列包括多個不同優(yōu)先級的子隊(duì)列；

IO操作模塊203，用于根據(jù)IO調(diào)度隊(duì)列的優(yōu)先級，選擇IO請求并下發(fā)到固態(tài)硬盤進(jìn)行處理；

第一判斷模塊204，用于判斷IO請求的待操作固態(tài)硬盤的物理地址的是否在地址映射表中；

第二判斷模塊205，判斷IO請求的待操作固態(tài)硬盤是否正在進(jìn)行垃圾回收操作。

優(yōu)選地，還包括：

時間檢測模塊207，用于記錄IO請求進(jìn)入IO調(diào)度隊(duì)列的時間。

優(yōu)選地，還包括：

輪詢模塊208，用于根據(jù)子隊(duì)列的優(yōu)先級對IO調(diào)度隊(duì)列進(jìn)行輪詢。

進(jìn)一步地，還包括：

臨時地址映射表創(chuàng)建模塊209，用于創(chuàng)建臨時地址映射表，所述臨時地址映射表用于暫存未被操作的IO請求的待操作固態(tài)硬盤的物理地址，每個輪詢周期后，將臨時地址映射表并入地址映射表。

以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明構(gòu)思和原則的前提下所做出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。