CN108241538A - 一种固态硬盘中raid资源的管理方法及固态硬盘 - Google Patents

一种固态硬盘中raid资源的管理方法及固态硬盘 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种固态硬盘中RAID资源的管理方法及固态硬盘,其特征在于每个Raid条带从片内RAID缓存资源中分配对应所需的子缓存资源，当片内RAID缓存资源的剩余空闲资源足够时，直接给新申请的Raid条带分配子缓存资源，当片内RAID缓存资源的剩余空闲资源不足时，根据活跃度从已分配的Raid条带中选取活跃度低的可复用Raid条带，将从已分配给可复用Raid条带的子缓存资源中分配所需数量的子缓存资源，并做好记录。在***Raid Sub Buffer紧张情况下，通过资源抢占、复用方式尽可能地提高利用度，防止不活跃的Raid Stripe沉淀的数据长时间占用Raid Sub Buffer，有效提高多Raid Stripe并发时的性能。

Description

一种固态硬盘中RAID资源的管理方法及固态硬盘
技术领域
本发明涉及固态硬盘控制技术，特别涉及一种固态硬盘中RAID资源的管理方法及固态硬盘。
背景技术
片内RAID缓存资源Soc Raid Buffer Resource是***级芯片Soc描述的进行Raid异或(XOR)操作的缓存空间，其使用基于颗粒度为LPA级别的RAID子缓存Raid Sub Buffer。
图1是传统的Raid设计方案图。硬件层对应到片内Raid缓存资源Soc Raid BufferResource，一段Soc Raid Buffer Resource由离散的RAID子缓存Raid Sub Buffer组成，假设硬件层有0～n个RAID子缓存。固件设计时以静态绑定的方式将一组2个以上的RAID子缓存Raid Sub Buffer绑定到Raid条带Stripe资源上，固件***的设计上只看到条带Stripe资源，如Stripe Index 0～Stripe Index x，而透明化Raid Buffer，即Raid Sub Buffer对逻辑层不可见。
传统的Raid设计方案缺陷在于：①静态绑定方式因资源浪费而制约***的性能。每个Stripe必须按照***中可能出现的最大数量来绑定Raid Sub Buffer，最大数量的来源根据stripe操作需要的Raid Sub Buffer的最多个数。实际上读写stripe操作所需的Raid Sub Buffer个数不一致，在3D TLC应用场景中，stripe绑定的Raid Sub Buffer个数可能多达12个，但读stripe操作实际上可能只需要一个Raid Sub Buffer。静态绑定方式会加剧Soc Raid Buffer Resource的紧张，造成Raid条带Raid Stripe的并发性受限，影响性能；②Raid Stripe的分配方式加上Soc Raid Buffer Resource紧张，会导致低优先级的Stripe操作占据资源而阻塞高优先级的Stripe操作。
发明内容
针对以上缺陷，本发明目的是提高片内RAID缓存资源的利用率。
为了解决以上问题本发明提出了一种固态硬盘中RAID资源的管理方法,其特征在于每个Raid条带从片内RAID缓存资源中分配对应所需的子缓存资源，当片内RAID缓存资源的剩余空闲资源足够时，直接给新申请的Raid条带分配子缓存资源，当片内RAID缓存资源的剩余空闲资源不足时，根据活跃度从已分配的Raid条带中选取活跃度低的可复用Raid条带，将从已分配给可复用Raid条带的子缓存资源中分配所需数量的子缓存资源，并做好记录。
所述的固态硬盘中RAID资源的管理方法,其特征在于通过申请时间和优先级特征量确定的Raid条带的活跃度。
所述的固态硬盘中RAID资源的管理方法，其特征在于通过swap表和信息记录表记录每个Raid条带的状态、子缓存资源ID、优先级和申请时间信息，所述状态包括休眠状态和活动状态。
所述的固态硬盘中RAID资源的管理方法，其特征在于当Raid条带被更高优先级和新的Raid条带选中被作为可复用Raid条带时，将被选中的地Raid条带的状态修改为休眠状态，直到与其复用的Raid条带处理完释放资源时才将休眠状态恢复为激活状态，当Raid条带状态为休眠状态时，对该条带的操作将被禁止。
所述的固态硬盘中RAID资源的管理方法，其特征在于子缓存资源根据是否被申请分为已被占用和空闲两种状态，每个Raid条带在分配子缓存资源时根据Raid条带的类型和应用场景分配不同数量的子缓存资源，同时根据类型设定其优先级别。
一种固态硬盘，固态硬盘采用Raid条带提高其数据安全性，集成了片内RAID缓存资源，其特征在于每个Raid条带从片内RAID缓存资源中分配对应所需的子缓存资源，当片内RAID缓存资源的剩余空闲资源足够时，直接给新申请的Raid条带分配子缓存资源，当片内RAID缓存资源的剩余空闲资源不足时，根据活跃度从已分配的Raid条带中选取活跃度低的可复用Raid条带，将从已分配给可复用Raid条带的子缓存资源中分配所需数量的子缓存资源，并做好记录。
所述的固态硬盘,其特征在于通过申请时间和优先级特征量确定的Raid条带的活跃度。
所述的固态硬盘，其特征在于通过swap表和信息记录表记录每个Raid条带的状态、子缓存资源ID、优先级和申请时间信息，所述状态包括休眠状态和活动状态。
所述的固态硬盘，其特征在于当Raid条带被更高优先级和新的Raid条带选中被作为可复用Raid条带时，将被选中的地Raid条带的状态修改为休眠状态，直到与其复用的Raid条带处理完释放资源时才将休眠状态恢复为激活状态，当Raid条带状态为休眠状态时，对该条带的操作将被禁止。
所述的固态硬盘，其特征在于子缓存资源根据是否被申请分为已被占用和空闲两种状态，每个Raid条带在分配子缓存资源时根据Raid条带的类型和应用场景分配不同数量的子缓存资源，同时根据类型设定其优先级别。
本发明的有益效果是：在***Raid Sub Buffer紧张情况下，通过资源抢占、复用方式尽可能地提高利用度，防止不活跃的Raid Stripe沉淀的数据长时间占用Raid SubBuffer，有效提高多Raid Stripe并发时的性能。
附图说明
图1是传统的Raid设计方案图；
图2是Raid Stripe申请流程；
图3是Raid Stripe释放流程。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图2是Raid Stripe申请流程，图3是Raid Stripe释放流程。
Raid Stripe申请时，如果***的Raid Sub Buffer足够的话使用新的Raid SubBuffer资源，如果***的剩余的Raid Sub Buffer资源不足，则选择尝试复用活动状态的Raid Stripe，具体为Raid Stripe已申请，但未操作结束，也就未释放，复用该Raid Stripe对应的Raid Sub Buffer资源，最后更新Raid Stripe绑定的Raid Sub Buffer的ID信息以及申请时间、优先级等特征量。
新的Raid Stripe申请存在三种可能性：
1.当前资源池里的Raid Sub Buffer资源足够，则使用资源池里的Raid SubBuffer资源，并将已使用的Raid Sub Buffer资源标记。
2.当前资源池里的Raid Sub Buffer资源不足，根据资源池里的剩余的Raid SubBuffer资源和复用判断规则一起确定能否满足新的Raid Stripe所需的Raid Sub Buffer资源数。如果满足，则将资源池里的剩余的Raid Sub Buffer资源状态进行标记，同时更新swap表和信息记录表确保能追踪到被复用的Raid Stripe的准确信息。
3.根据资源池里的剩余的Raid Sub Buffer资源和复用判断规则一起确定的RaidSub Buffer不足，则新的Raid Stripe申请失败，暂时锁定，直至资源满足。
复用判断规则判断流程如下：
步骤1.1确认本次新的Raid Stripe的优先级，寻找低于此优先级的处在活动状态的Raid Stripe。
步骤1.2根据本次新的Raid Stripe所需Raid Sub Buffer资源总数扣除资源池里的Raid Sub Buffer资源后剩余所需的Raid Sub Buffer资源数继续按步骤1.1筛选，进行筛选后的Raid Stripe，确保步骤1.2筛选后的Raid Stripe所占用的Raid Sub Buffer资源数满足要求。
步骤1.3将步骤1.2筛选出来的Raid Stripe继续按申请时间排序，取最近申请的Raid Stripe。
复用规则是以能满足Raid Sub buffer资源数，同时暂时牺牲不活跃的RaidStripe来满足***多Raid Stripe并发的性能要求。更新swap表和信息记录表保证暂时牺牲的不活跃Raid Stripe后续能正常恢复出来,其中swap表记录新的Raid Stripe所复用资源的被置于休眠状态的Raid Stripe(即被暂时牺牲的不活跃的Raid Stripe)。
将Soc Raid Buffer Resource离散的Raid Sub buffer纳入资源池概念，以ID标记每个Raid Sub Buffer，以状态标记区分Raid Sub Buffer的分类，分类情况有两种：已被申请、占用的Raid Sub Buffer和空闲的Raid Sub Buffer。一般情况下，Raid Sub Buffer在Raid Stripe申请时分配，Raid Stripe完成时回收进入资源池。
每个Raid Stripe占用不定量的Raid Sub Buffer，具体得依据Raid Stripe的操作类型和应用场景。对于写Raid Stripe，占用的Raid Sub Buffer资源数均一致；对于读Raid Stripe，占用的Raid Sub Buffer资源数与读Raid Stripe的颗粒度相关，最少可为1个Raid Sub Buffer(即LPA级别的读Raid操作)。Raid Stripe结构含有Raid Sub Buffer的ID信息，来表明此Raid Stripe所占用哪些Raid Sub Buffer资源。此外，Raid Stripe结构里含有申请时间和优先级特征量，申请时间特征量是用来记录Raid Stripe从何时开始生效、处于活动状态；优先级特征量依赖Raid Stripe的操作类型，读写操作以及不同的***对读写更详细的分类确定优先级。申请时间和优先级特征量两者能表明此Raid Stripe是否是活跃的Raid Stripe，在允许的情况下，活跃的Raid Stripe可抢占不活跃的RaidStripe的Raid Sub Buffer资源，并将不活跃的Raid Stripe锁定置于休眠状态，直至活跃Raid Stripe操作完成释放时再次激活休眠状态的Raid Stripe。
新的Raid Stripe请求按照图2所示流程进行资源检查、资源分配以及必要的状态更新、信息记录等。Raid Sub Buffer资源来源于资源池、不活跃的Raid Stripe复用的RaidSub Buffer资源或者两者的综合，这种资源的利用方式能有效利用零散的Raid SubBuffer资源，在***Raid Sub Buffer紧张情况下，通过资源抢占、复用方式尽可能地提高利用度，防止不活跃的Raid Stripe沉淀的数据长时间占用Raid Sub Buffer，有效提高多Raid Stripe并发时的性能。
Raid Stripe释放流程如图3所示。Raid Stripe释放时，在swap表中查询该RaidStripe，获取该Raid Stripe是否复用了Raid Sub Buffer，如果存在复用情况，首先从记录表中恢复出复用的Raid Sub Buffer所对应的Raid Stripe信息(Raid Sub Buffer ID、申请时间、优先级等)，接着将缓存到DRAM的沉淀数据恢复到对应的Raid Sub Buffer，最后解除复用的Raid Stripe。复用的Raid Stripe从休眠状态激活到活动转态，***可以继续被复用的Raid Stripe操作。
以上所揭露的仅为本发明一种实施例而已，当然不能以此来限定本之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种固态硬盘中RAID资源的管理方法,其特征在于每个Raid条带从片内RAID缓存资源中分配对应所需的子缓存资源，当片内RAID缓存资源的剩余空闲资源足够时，直接给新申请的Raid条带分配子缓存资源，当片内RAID缓存资源的剩余空闲资源不足时，根据活跃度从已分配的Raid条带中选取活跃度低的可复用Raid条带，将从已分配给可复用Raid条带的子缓存资源中分配所需数量的子缓存资源，并做好记录。
2.根据权利要求1所述的固态硬盘中RAID资源的管理方法,其特征在于通过申请时间和优先级特征量确定的Raid条带的活跃度。
3.根据权利要求1所述的固态硬盘中RAID资源的管理方法，其特征在于通过swap表和信息记录表记录每个Raid条带的状态、子缓存资源ID、优先级和申请时间信息，所述状态包括休眠状态和活动状态。
4.根据权利要求3所述的固态硬盘中RAID资源的管理方法，其特征在于当Raid条带被更高优先级和新的Raid条带选中被作为可复用Raid条带时，将被选中的地Raid条带的状态修改为休眠状态，直到与其复用的Raid条带处理完释放资源时才将休眠状态恢复为激活状态，当Raid条带状态为休眠状态时，对该条带的操作将被禁止。
5.根据权利要求1所述的固态硬盘中RAID资源的管理方法，其特征在于子缓存资源根据是否被申请分为已被占用和空闲两种状态，每个Raid条带在分配子缓存资源时根据Raid条带的类型和应用场景分配不同数量的子缓存资源，同时根据类型设定其优先级别。
6.一种固态硬盘，固态硬盘采用Raid条带提高其数据安全性，集成了片内RAID缓存资源，其特征在于每个Raid条带从片内RAID缓存资源中分配对应所需的子缓存资源，当片内RAID缓存资源的剩余空闲资源足够时，直接给新申请的Raid条带分配子缓存资源，当片内RAID缓存资源的剩余空闲资源不足时，根据活跃度从已分配的Raid条带中选取活跃度低的可复用Raid条带，将从已分配给可复用Raid条带的子缓存资源中分配所需数量的子缓存资源，并做好记录。
7.根据权利要求6所述的固态硬盘,其特征在于通过申请时间和优先级特征量确定的Raid条带的活跃度。
8.根据权利要求6所述的固态硬盘，其特征在于通过swap表和信息记录表记录每个Raid条带的状态、子缓存资源ID、优先级和申请时间信息，所述状态包括休眠状态和活动状态。
9.根据权利要求8所述的固态硬盘，其特征在于当Raid条带被更高优先级和新的Raid条带选中被作为可复用Raid条带时，将被选中的地Raid条带的状态修改为休眠状态，直到与其复用的Raid条带处理完释放资源时才将休眠状态恢复为激活状态，当Raid条带状态为休眠状态是，对该条带的操作将被禁止。
10.根据权利要求6所述的固态硬盘，其特征在于子缓存资源根据是否被申请分为已被占用和空闲两种状态，每个Raid条带在分配子缓存资源时根据Raid条带的类型和应用场景分配不同数量的子缓存资源，同时根据类型设定其优先级别。
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