一种提高SSDQOS的IO闪避方法与流程

一种提高ssd qos的io闪避方法
技术领域
1.本发明涉及闪存存储控制领域，具体是一种提高ssd qos的io闪避方法。


背景技术：

2.在ssd中使用的nand flash存储介质因为其结构工艺等原因其有多种特性，如读干扰(read disturb)、数据驻留(data retension)、写干扰(prog disturb)、首次读(first read)等，这些特性需要固件对nand进行定期或者条件触发的管理操作，如果这些对nand的管理操作与主机下发的io操作落在相同的lun上，就会增大主机的io延迟，从而使ssd的qos恶化。
3.qos(quality of service)是指服务质量，对于ssd来说是iops及io latency等的一个综合考量。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种提高ssd qos的io闪避方法，使nand管理命令与主机io进行时间空间上的错行，达到减少io latency，提高ssd qos的目的。
5.为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种提高ssd qos的io闪避方法，包括以下步骤：
6.s01)、将nand不同特性引起的管理操作拆分为基本操作，基本操作包括读操作、写操作、擦除操作、虚读操作，将基本操作的读操作、写操作、擦除操作、虚读操作以及主机的读、写操作分别建立不同的请求队列，基本操作与主机的读写操作共同向调度单元提交请求，经过调度单元处理后输出到执行队列；
7.s02)、从执行队列取出待执行队列请求并执行，执行完成对执行队列活跃io数量进行减一操作。
8.进一步的，请求到达调度单元后的处理为：
9.s31)、某类请求到达；
10.s32)、检查该类请求所属的请求队列是否为空；
11.s33)、如果为空，则查找最小p标签值，遍历其他活跃队列并对其他活跃队列的最新p标签进行校正，校正公式为：p
jr
′
＝p
jr-(min p
tag-t)(1)，p
jr
表示第j个请求队列的第r个请求的原来p标签值，p
jr
′
表示第j个请求队列的第r个请求的校正后的p标签值，p
tag
表示p标签值，t表示当前时间，对第j个请求队列的第r个请求从原来的p标签值减去最小p标签值与当前时间的差值，之后对该笔请求按照公式1进行tag赋值；
12.s34)、如果不为空，则对该笔请求直接按照以下公式进行tag赋值：
13.rir＝max{ri-1r 1/ri,t}，
14.lir＝max{li-1r 1/li,t}，
15.pir＝max{pi-1r 1/wi,t}，
16.其中rir、lir、pir分别表示第i个请求队列的第r个请求的预留资源标签、权重标
签、上限标签，ri-1r、li-1r、pi-1r分别表示第i-1个请求队列的第r个请求的预留资源标签、权重标签、上限标签，预留资源标签、权重标签、上限标签均是时间标签，ri、li、wi表示预留资源标签、权重标签、上限标签对应的时间间隔，t表示当前时间；
17.s35)、如果需要执行的io大于或者等于执行队列深度，直接返回，反之则进行下一步；
18.s36)、判断是否有r标签值小于当前时间，如果有，则将r标签值最小的一笔请求加入执行队列，否则进行下一步；
19.s37)、如果有l标签值小于当前时间，再判断执行队列是否为空，再判断该请求的通道执行队列是否为满，如果不满则选取最小的p标签值请求加入执行队列并进行下一步，如果没有l标签值小于当前时间则直接返回；
20.s38)、对p标签相同来源的队列的r标签值进行更新，前移一个r时间间隔；
21.s39)、对执行队列数量进行加一操作。
22.进一步的，根据发生nand管理操作的比例与主机读写操作之间的比例确定预留资源标签、上限标签以及权重标签，根据nand处理不同类型io的能力以及各项不同操作耗时确定ri、li、wi。
23.进一步的，执行队列按照通道进行区分。
24.本发明的有益效果：本发明设置上限标签确保某一类io不会无限度的使用资源导致其他类型io获取不到资源，预留资源标签确保该类命令在不长的时间内被执行，设置权重标签可以使不同类型命令排布更加均匀，根据标签值执行命令，确保快要超时的命令尽快执行，减少长尾产生。综合而言，本方法减少nand管理命令与主机io命令冲突，在不增加nand错误发生的情况下，减少了io长尾的产生，提升了服务质量和用户体验。
附图说明
25.图1为本发明的原理框图；
26.图2为请求到达后的处理流程图；
27.图3为根据标签进行调度的流程图；
28.图4为io执行的流程图。
具体实施方式
29.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
30.实施例1
31.本实施例公开一种提高ssd qos的io闪避方法，本方法使nand管理命令与主机io进行时间空间上的错行，达到减少io latency，提高ssd qos的目的。
32.nand特性包括读干扰、数据驻留和刷新，下面对各特性进行详细介绍。
33.读干扰(read disturb)是指读取某个页(page)时会对该页(page)所在块的其他页控制级施加正电压，导致分布电压左移，读取错误比特数增加，该特性处理需要对块的读取次数进行计数，当达到阈值时，将该块的数据搬移到其他块上，新写入的块将重新进行读计数。该特性处理对应的nand操作为nand的读写擦。
34.数据驻留(data retention)是指nand的数据保持能力，数据随着时间的增长，数
据会发生不可纠正的错误，而且块(block)的擦除次数越大，数据驻留能力会越弱，时间越长错误比特数越多，当错误比特数多到ldpc纠错算法不能纠正的时候就会影响到数据安全，所以固件需要巡检nand块，检查数据写入时长，当时长达到阈值有ldpc纠错失败的风险时需要将该块的数据搬移到其他块上，新写入的块将重新计时。该特性处理对应的nand操作为nand的读写擦。
35.刷新(refresh)是指对nand进行的虚读(dummy读)操作，该操作不需要传输数据，旨在解决nand编程之后第一次读错误比特数比较多的情况，ssd固件需要定期对所有nand块进行虚读(dummy读)。
36.本实施例对mclock算法进行改进和适配。改进和适配主要解决以下两点问题：一个是nand对于读写擦的耗时不同，且差异较大，即不同种类的操作时间特性不同；另一个是ssd通常有多个通道，各个通道相互独立，通道间的并行度越高，带宽越高，考虑到带宽应使并行度尽量高，因此在mclock三个决策维度的基础上增加通道并行度的考量。
37.本实施例所述方法的具体步骤为：
38.s01)、如图1所示，将nand不同特性引起的管理操作拆分为基本操作，基本操作包括读操作、写操作、擦除操作、虚读操作，将基本操作的读操作、写操作、擦除操作、虚读操作以及主机的读、写操作分别建立不同的请求队列，基本操作与主机的读写操作共同向调度单元提交请求，经过调度单元处理后输出到执行队列，执行队列按照通道进行区分。
39.本图2、3所示，请求到达调度单元后的处理流程为：
40.s31)、某类请求到达；
41.s32)、检查该类请求所属的请求队列是否为空；
42.s33)、如果为空，则查找最小p标签值，遍历其他活跃队列并对其他活跃队列的最新p标签进行校正，校正公式为：p
jr
′
＝p
jr-(min p
tag-t)(1)，p
jr
表示第j个请求队列的第r个请求的原来p标签值，p
jr
′
表示第j个请求队列的第r个请求的校正后的p标签值，p
tag
表示队列中所有请求的p标签值，t表示当前时间，对第j个请求队列的第r个请求从原来的p标签值减去最小p标签值与当前时间的差值，之后对该笔请求按照公式(1)进行tag赋值；
43.本实施例中，有任务请求的队列为活跃队列，没有任务请求的队列为非活跃队列。
44.s34)、如果不为空，则对该笔请求直接按照以下公式进行tag赋值：
45.rir＝max{ri-1r 1/ri,t}，
46.lir＝max{li-1r 1/li,t}，
47.pir＝max{pi-1r 1/wi,t}，
48.其中rir、lir、pir分别表示第i个请求队列的第r个请求的预留资源标签、权重标签、上限标签，ri-1r、li-1r、pi-1r分别表示第i-1个请求队列的第r个请求的预留资源标签、权重标签、上限标签，预留资源标签、权重标签、上限标签均为时间标签，ri、li、wi表示预留资源标签、权重标签、上限标签对应的时间间隔，t表示当前时间；
49.s35)、如果需要执行的io大于或者等于执行队列深度，直接返回，反之则进行下一步；
50.s36)、判断是否有r标签值小于当前时间，如果有，则将r标签值最小的一笔请求加入执行队列，否则进行下一步；
51.s37)、如果有l标签值小于当前时间，再判断执行队列是否为空，再判断该请求的
通道执行队列是否为满，如果不满则选取最小的p标签值请求加入执行队列并进行下一步，如果没有l标签值小于当前时间则直接返回；
52.s38)、对p标签相同来源的队列的r标签值进行更新，前移一个r时间间隔；
53.s39)、对执行队列数量进行加一操作。
54.s02)、如图4所示，从执行队列取出待执行队列请求并执行，执行完成对执行队列活跃io数量进行减一操作。
55.本实施例中，根据发生nand管理操作的比例与主机读写操作之间的比例确定预留资源标签、上限标签以及权重标签，根据nand处理不同类型io的能力以及各项不同操作耗时确定ri、li、wi。具体的，根据nand能处理的最低带宽分别确定不同命令类型确定预留资源，根据能处理的最高带宽和不同命令类型和确定上限标签，根据不同命令类型的比例确定权重标签。
56.不同通道是并行关系，属于不同的资源，为了确保执行调度算法没有耦合，本实施例的执行队列按照通道进行区分。
57.本实施例所述调度算法通过预留资源标签、权重标签、上限标签决定请求是否进行执行队列，并动态更新这三个标签。上限标签确保某一类io不会无限度的使用资源导致其他类型io获取不到资源，预留资源标签确保该类命令在不长的时间内被执行，权重标签可以使不同类型命令排布更加均匀，根据标签值执行命令，确保快要超时的命令尽快执行，减少长尾产生。
58.以上描述的仅是本发明的基本原理和优选实施例，本领域技术人员根据本发明做出的改进和替换，属于本发明的保护范围。