联合分层管理的制作方法

联合分层管理的制作方法
【专利摘要】本申请公开了联合分层管理。描述了一种装置和方法，响应于大容量存储设备中的至少某些大容量存储设备提供标识哪些数据是将在层之间移动的候选的信息，在大容量存储设备的层之间动态地移动数据。
【专利说明】联合分层管理


【发明内容】

[0001] 描述了一种装置和方法，响应于至少某些大容量存储设备提供标识哪些数据是将 在层之间移动的候选的信息，在大容量存储设备的层之间动态地移动数据。

【专利附图】

【附图说明】
[0002] 图1示出了处于第一状态的第一存储子系统；
[0003] 图2示出了处于第二状态的第一存储子系统；
[0004] 图3示出了处于第一状态的第二存储子系统；
[0005] 图4示出了处于第二状态的第二存储子系统；
[0006] 图5示出了第二存储子系统使用的流程；
[0007] 图6示出了第二存储子系统使用的另一流程；
[0008] 图7示出了第二存储子系统使用的大容量存储设备；
[0009] 图8示出了第二存储子系统使用的又一流程；
[0010] 图9不出了第三存储子系统；以及
[0011] 图10不出了另一大容量存储设备。 详细说明
[0012] 大容量存储设备，例如硬盘驱动器（HDD)、固态驱动器（SSD)和混合盘驱动器 (Hybrid)，能够在存储子系统中集成在一起。存储子系统包括控制访问大容量存储设备的 控制器。存储子系统可用于提供更好的数据访问性能、数据保护或维护数据可用性。
[0013] 分层已经成为包括多种大容量存储设备的子系统的优化中不可缺少的元素。在这 样的存储子系统中大容量存储设备按照类型，例如，具有相似的性能特征，集合在一起形成 一个层。一个分层的示例是在最高性能的层上维护访问最多的数据从而提高存储子系统的 性能。较少访问的数据则保存在较低性能的层上从而释放较高性能的层上的空间。
[0014] 然而，数据访问图案的动态特性和用户可消化的及时信息的缺乏，使得在最高性 能的层上维护该数据较困难，其中从该用户可消化的及时信息获得有效的存储管理。为了 克服该问题可以自动执行分层以保持性能与变化的操作环境一致。然而在存储子系统中维 护对所有大容量存储设备的数据访问图案的持续评估，会是控制器中一个相当大的负担， 并且会导致低效的存储使用。
[0015] 为了说明，参见图1的存储子系统100。子系统100包括控制器110、第一存储层 120和第二存储层130。第一和第二存储层120、130可以分别是SSD125和HDD135。这样， 第一存储层120具有的随机访问读时间比第二存储层130快。为了利用该较快时间，控制 器110基于访问图案在层之间移动数据。
[0016] 存储子系统100中的数据示例为设备数据段120a。如图所示，每个SSD125中有三 个设备数据段，例如120a、120b、120c。设备数据段120c是第一存储层120中最不忙的设备 数据段。每个HDD135中有六个设备数据段。设备数据段130a和130b是第二存储层130 中最忙的。设备数据段130c则是最不忙的。
[0017] 控制器110的任务是管理层之间数据的移动从而优化性能。为此控制器110使用 子系统数据块以追踪数据访问。为了降低该追踪的开销，子系统数据块的尺寸被划分为比 设备数据段大。在该特定示例中，子系统数据块IIOa对应包括设备数据段120a、120b、120c 的设备数据段组122。这样子系统数据块IlOa具有三个设备数据段的大小。子系统数据块 IlOb对应设备数据段组124。子系统数据块IlOc对应包括设备数据段130a的设备数据段 组132。子系统数据块IlOd对应包括设备数据段130b、130c的设备数据段组134。无论设 备数据段何时被访问，控制器110将该访问作为它的对应子系统数据块的访问。在该示例 中，对组122中设备数据段的任何一个的访问作为是对子系统数据块IlOa的访问。
[0018] 如前所述，设备数据段120c是第一存储片120中最不忙的设备数据段。那么随着 控制器110追踪数据访问，它确定分别对应的子系统数据块IlOa是第一存储层120中最不 忙的子系统数据块。同样地，由于设备数据段130a和130b是第二存储层130中最忙的设 备数据段，控制器110确定分别对应的子系统数据块IlOc和IlOd是第二存储层130中最 忙的子系统数据块。因此，控制器确定将最不忙和最忙的子系统数据块移动到另一层。
[0019] 存储层之间子系统数据块的移动将参考图2进行说明。在此，对应子系统数据块 IlOa的设备数据段组122(包括设备数据段120a、120b、120c)被写入HDD135,该HDD135 先前维护对应子系统数据块IlOc的设备数据段组132(包括设备数据段130a)。类似地，对 应子系统数据块IlOb的设备数据段组124被写入HDD135,该HDD135先前维护对应子系 统数据块IlOd的设备数据段组134(包括设备数据段130b、130c)。子系统数据块IlOc和 IlOd分别被写入先前存储设备数据段组122和124的位置。
[0020] 在此揭露该分层管理方法的低效之处。注意和设备数据段组134 -起传输的是设 备数据段130c。该段曾是第二存储层130中最不忙的设备数据段。现在该设备数据段位于 第一存储层120中使用着本可用于更忙的设备数据段的宝贵存储空间。发生这种情况是由 于该分层管理方法所作的折衷。考虑到在系统级为每个设备数据段追踪所有数据访问活动 对子系统控制器处理开销和存储器要求具有负面影响。此外，随着潜在的层存储容量增长， 用于追踪访问活动的子系统存储器也增长否则会损害子系统数据块大小的追踪准确度。结 果，子系统存储器和处理开销通常指定子系统控制器使用比理想大小更大的块-比设备数 据段更大。这导致由于将最不忙的设备数据段移动到最高性能的层上这样的操作所造成的 性能增益减小。
[0021] 为了克服这种分层管理方法的不足，使用构成子系统的大容量存储设备来贡献分 层管理任务从而在提高分层整体效率的同时减小对子系统控制器处理开销和存储器要求 的影响。将监控大容量存储设备数据段活动水平和标识候选移动段的任务分散在大容量存 储设备上-也就是说，通过将其联合-将使大容量存储设备个体上承担相对小的额外负担， 但总体上极大地减少控制器任务。
[0022] 用这种方法也使得该分层更有效。由于控制器在子系统数据块的大小以及控制器 处理开销的量和用于监控设备数据段活动水平的存储器之间进行折衷，联合分层能够在很 小容量的单元上实现，因为所有大容量存储设备在并行进行该工作。
[0023] 大容量存储设备贡献分层管理的一个潜在方面在于，它提供给控制器的大量数据 是它可能已经维护的数据。考虑即使最小和最简单的大容量存储设备也包括内部缓存。为 了管理该内部缓存，大容量存储设备追踪它所服务的访问活动并使最经常被请求的段在其 缓存中可用。这将优化缓存的性能益处。SSD为数据管理技术例如闪存单元的损耗均衡和 垃圾收集而监控访问活动以保证存储持久性。
[0024]然后这些大容量存储设备能够向控制器提供该访问活动信息。这使得控制器能够 得到准确、及时和全面的指示高或低访问活动段的信息。然后控制器能够使用该信息优化 子系统性能。因此，用自己非常少的测量活动，子系统控制器将从给定配置中获得最好的性 能。由于大容量存储设备已经可以结合对它们自己内部缓存的监管或其他内部管理处理很 多这些工作，由联合分层管理导致的额外负担相对较小。
[0025] 控制器将配置每个层中的大容量存储设备关于它将从它们请求哪些访问活动信 息，随后请求该信息。每个大容量存储设备优选地追踪其存储空间中最忙或最不忙的段的 读和写活动，包括记录顺序读和写。为了确定哪个段应在层之间移动，控制器可以请求最忙 或最不忙的段的列表。为了说明，参考图3和所示的子系统300。这里，控制器310向第一 存储层320的大容量存储设备请求哪些设备数据段最不忙，潜在地满足阈值或其他条件。 作为响应，控制器310接收关于设备数据段320a、320b的访问活动信息。控制器310向第 二存储层330的大容量存储设备请求哪些设备数据段最忙。作为响应，控制器310接收关 于设备数据段330a、330b的访问活动信息。
[0026] 然后控制器310确定这四个被标识的设备数据段是否应当被移动，这部分地基于 目标层是否能够接收它并且达到移动的目的。如图3所示，第一和第二存储层320、330能 够容纳该数据移动，因为二者都报告了两个设备数据段。在图4中控制器310继续在存储 层之间移动所标识的设备数据段。设备数据段320a和330a的存储位置互换，并且设备数 据段320b和330b的存储位置互换。这样提高了设备数据段330a和330b的访问性能。并 且，和图1和2的分层管理方法不同，没有无保证的设备数据段移动被执行。结果是不像被 放入高性能层中那样多地被访问的数据量的最小化。注意最不忙的设备数据段330c未被 移动到第一存储层320。而且，控制器310使用了比图1和2所示的处理器110用于管理 15个子系统数据块更少的处理和存储器资源来管理这四个设备数据段320a、320b、330a和 330b〇
[0027] 以上描述只是许多示例中的一个。进一步的示例将参考下面的表1进行说明。假 设子系统中的每个大容量存储设备维护如表1所示的访问活动信息。第1列示出了作为 LBA范围的设备数据段。这些LBA范围可以任意方式定义。一种方式是使用子系统访问的 平均传输长度。尽管每个层和每个大容量存储设备的段的大小可以不同，但这会导致控制 器更多的开销。
[0028] 每个LBA范围有相关的读和写（访问）频率值。这些值可根据满足阈值访问频率 而确定。例如，子系统控制器可编程大容量存储设备从而将某个值，例如15010/秒，作为访 问频率。或者大容量存储设备可随着它们发生而简单地增加每个读和写的列，并且子系统 控制器用于确定访问频率。这可以通过子系统控制器确定访问活动信息请求之间的时间来 完成。或者子系统控制器可以以固定间隔对访问活动信息请求进行计时。然后大容量存储 设备将仅发送满足一定阈值的访问活动信息。而且，在某些情况下提供除了读活动以外的 信息，因为在层之间移动数据的最好决定可能不是仅考虑读活动信息而确定的。
[0029] 此外，大容量存储设备可提供控制器不方便收集的信息。例如，表1中的访问活动 信息还包括显示该访问是否为顺序的列。子系统控制器要准确检测顺序访问具有很大的困 难。但是顺序访问可能是考虑是否降级或升级设备数据段的重要信息。

【权利要求】
1. 一种方法，包括：响应于大容量存储设备中的至少某些大容量存储设备提供标识哪 些数据是将要在层之间移动的候选的信息，在大容量存储设备的层之间动态地移动数据。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，在层之间动态地移动数据由子系统控制器 执行。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述大容量存储设备的每一个包括与子系 统控制器分离的控制器。
4. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括，子系统控制器请求大容量存储 设备提供标识哪些数据是将要在层之间移动的候选的信息。
5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括，大容量存储设备响应于请求而 提供所述信息，所述信息包括设备数据段以及相关的读访问、写访问、顺序读和顺序写中的 至少一个。
6. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括，子系统控制器配置大容量存储 设备以提供所述信息。
7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括，大容量存储设备收集所述信息 作为不同于在层之间移动数据的用途。
8. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括，大容量存储设备在它们自身之 间移动数据并通知子系统控制器数据已经移动。
9. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述层是分布式文件系统的一部分。
10. -种系统，包括： 子系统控制器；以及 耦合到子系统控制器的大容量存储设备的层，每一个被配置为向子系统控制器输出用 于在层之间移动数据的访问活动信息。
11. 如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述子系统控制器和层通过各自的接口 親合在一起。
12. 如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述层在性能、成本和容量中的至少一方 面不同。
13. 如权利要求10所述的系统，其特征在于，访问活动信息包括设备数据段以及相关 的读访问、写访问、顺序读和顺序写中的至少一个。
14. 权利要求10所述的系统，其特征在于，所述大容量存储设备的每一个包括与子系 统控制器分离的控制器。
15. 权利要求10所述的系统，其特征在于，子系统控制器被配置为请求访问活动信息。
16. 权利要求10所述的系统，其特征在于，大容量存储设备被配置为在它们自身之间 移动数据并通知子系统控制器数据已经移动。
17. 权利要求10所述的系统，其特征在于，子系统控制器能够配置大容量存储设备以 提供所述信息。
18. 权利要求10所述的系统，其特征在于，大容量存储设备被配置为收集所述信息作 为不同于在层之间移动数据的用途。
19. 权利要求10所述的系统，其特征在于，所述层是分布式文件系统的一部分。
20. -种子系统控制器，包括存储接口，所述存储接口可电耦合到大容量存储设备的 层，并且可操作地被配置为响应于从大容量存储设备中的至少某些大容量存储设备接收的 访问活动信息而确定层之间的数据移动。
21. 如权利要求20所述的子系统控制器，其特征在于，子系统控制器被配置为使用至 少一个政策以及访问活动信息以确定数据移动。
22. 权利要求20所述的子系统控制器，其特征在于，在从子系统控制器接收请求后接 收访问活动信息。
23. 权利要求22所述的子系统控制器，其特征在于，所述请求可以是周期性的或由事 件驱动。
24. 权利要求20所述的子系统控制器，其特征在于，进一步被配置为针对访问活动信 息向大容量存储设备提供配置信息。
25. -种大容量存储设备，包括： 大容量存储器，以及 耦合的控制器，用于控制对大容量存储器的访问并包括主机接口；所述控制器被配置 为收集大容量存储器的访问活动信息，并响应于请求而从存储接口输出访问活动信息。
26. 如权利要求25所述的大容量存储设备，其特征在于，控制器由子系统控制器配置。
27. 如权利要求25所述的大容量存储设备，其特征在于，进一步包括耦合到控制器的 子系统控制器。
28. 如权利要求25所述的大容量存储设备，其特征在于，子系统控制器包括层接口。
29. 如权利要求25所述的大容量存储设备，其特征在于，访问活动信息被输出到大容 量存储设备外部。
30. 如权利要求25所述的大容量存储设备，进一步被配置为与另一大容量存储设备一 起移动。
【文档编号】G06F12/08GK104484125SQ201410557180
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年8月4日 优先权日:2013年8月2日
【发明者】D·B·安德森 申请人:希捷科技有限公司