管理存储器的方法、设备和计算机程序产品与流程

1.本公开的实施例总体上涉及存储器领域，具体涉及管理存储器的方法、设备和计算机程序产品。


背景技术：

2.针对存储器的命令队列可以服务于不同的需求，诸如输入输出(i/o)命令队列可以服务于不同的i/o需求。存在各种不同类型的命令队列，诸如用户i/o命令队列、重建i/o命令队列和存储区域网络(san)复制i/o命令队列等。当存在其他命令队列时，用户i/o命令队列中的命令的传输和处理可能会受到影响，从而导致用户i/o延迟增加。这对于用户而言是不能接受的。
3.目前，对于该问题的解决方案是设置较低的重建i/o速率，以避免影响用户i/o。然而，在用户i/o需求较低的情况下，由于传输带宽没有被充分利用，这样的解决方案是低效的。


技术实现要素：

4.本公开的实施例提供了管理存储器的方法、设备和计算机程序产品。
5.在本公开的第一方面，提供了一种管理存储器的方法。该方法包括：确定与存储器的多个命令队列相对应的一组权重，每个权重指示相对应的命令队列中被允许传输的命令的数目；检测多个命令队列是否发生传输延迟；以及基于检测的结果，调整一组权重。
6.在本公开的第二方面，提供了一种电子设备。该电子设备包括：至少一个处理单元；至少一个存储器，至少一个存储器被耦合到至少一个处理单元并且存储用于由至少一个处理单元执行的指令，该指令当由至少一个处理单元执行时，使得电子设备执行动作，该动作包括：确定与存储器的多个命令队列相对应的一组权重，每个权重指示相对应的命令队列中被允许传输的命令的数目；检测多个命令队列是否发生传输延迟；以及基于检测的结果，调整一组权重。
7.在本公开的第三方面，提供了一种计算机程序产品。该计算机程序产品被有形地存储在非瞬态计算机存储介质中并且包括机器可执行指令。该机器可执行指令在由设备执行时使该设备执行根据本公开的第一方面所描述的方法的任意步骤。
8.提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
9.通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
10.图1示出了本公开的实施例能够在其中被实现的示例存储器管理系统的框图；
11.图2示出了本公开的实施例中的示例命令队列集合的示意图；
12.图3示出了根据本公开的实施例的用于管理存储器的示例方法的流程图；
13.图4示出了根据本公开的实施例的用于调整一组权重的示例方法的流程图；以及
14.图5示出了可以用来实施本公开的实施例的示例电子设备的示意性框图。
15.在各个附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。
具体实施方式
16.下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
17.在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
18.如上文所提及的，针对存储器的命令队列，诸如输入输出(i/o)命令队列，通常可以具有不同的类型，诸如用户i/o命令队列、重建i/o命令队列和存储区域网络(san)复制i/o命令队列等。不同类型的命令队列服务于不同的需求。在一些情况下，例如，当存在其他命令队列时，用户i/o命令队列中的命令的传输和处理可能会受到影响，从而导致用户i/o延迟增加。这对于用户而言是不能接受的。
19.目前，对于该问题的解决方案是设置较低的重建i/o速率，以避免影响用户i/o。然而，在用户i/o需求较低的情况下，由于传输带宽没有被充分利用，这样的解决方案是低效的。此外，这样的解决方案会增加重建时间窗，这有可能会导致以下问题：如果存储器在该重建时间窗期间发生故障，则有可能会发生数据不可用(du)或数据丢失(dl)问题。
20.在传统的解决方案中，还可以对不同的命令队列设置不同的优先级。通过这种方式，在每轮询中，与其他命令队列相比，优先级较高的命令队列可以传输较多的命令。这样的解决方案也被称为加权轮询。然而，在传统的加权轮询方法中，与各个命令队列相对应的优先级是静态的，当用户i/o需求较高时，用户i/o延迟仍有可能发生。
21.本公开的实施例提出了一种管理存储器的解决方案，以解决上述问题和其他潜在问题中的一个或多个问题。该解决方案通过检测命令队列是否发生传输延迟来动态调整与命令队列相对应的权重，避免了用户i/o受到其他i/o的影响，从而保证用户i/o服务质量(qos)。
22.图1示出了本公开的实施例能够在其中被实现的示例存储器管理系统100的框图。如图1所示，存储器管理系统100包括存储器管理设备110、存储器控制器120和存储器130-1至130-3(统称为“存储器130”)。根据本公开的实施例的各个方法可以在存储器管理设备110处实现。
23.存储器管理设备110可以是管理各种类型的针对存储器的命令队列140-1至140-3
(统称为“命令队列140”)并且指定不同命令队列140的权重的设备。存储器管理设备110可以例如是计算机、虚拟机、服务器等，本公开在此方面不受限制。存储器控制器120可以是确定如何处理命令队列140中的命令，并且根据命令对存储器130进行控制的设备。存储器130可以是各种类型的存储器，例如非易失性存储器、易失性存储器等，本公开在此方面不受限制。
24.在一些实施例中，存储器管理设备110、存储器控制器120和存储器130是单独的设备，其通过网络彼此通信，网络可以例如是互联网、内联网等。备选地，在另一些实施例中，存储器管理设备110、存储器控制器120和存储器130可以被集成在相同的设备中，其通过总线彼此通信。
25.在一些实施例中，存储器控制器120可以例如是高速非易失性存储器(nvme)控制器，其可以根据针对非易失性存储器设计的存储协议来控制存储器130。存储协议可以支持多个深度命令队列，通过利用存储器管理设备110和存储器130之间的大量命令队列来提高命令处理的并行性。附加地，在一些实施例中，存储器控制器120可以利用当前的nand闪存技术和下一代nvm技术来控制存储器130。
26.附加地，在一些实施例中，存储器控制器120支持轮询控制方法。在轮询控制方法中，存储器管理设备110可以不指定针对命令队列140的权重。换言之，命令队列140可以具有相同的权重。在这种情况下，存储器控制器120会从每个命令队列中提取相同数目的命令，以传输给存储器130。
27.应当理解，仅出于示例性的目的描述存储器管理系统100的结构，而不暗示对于本公开的范围的任何限制。例如，本公开的实施例还可以被应用到与存储器管理系统100不同的系统中。应当理解，上述各设备以及命令队列的具体数目仅出于说明性目的给出，而不暗示对本公开范围的任何限制。例如，本公开的实施例还可以被应用于更多的或更少的存储器和命令队列。
28.图2示出了本公开的实施例中的示例命令队列集合200的示意图。
29.如图2所示，命令队列集合200可以包括被指定不同第一优先级240-1至240-3的命令队列，例如，命令队列210对应于第一优先级240-1，命令队列220-1至220-2(统称为“命令队列220”)对应于第一优先级240-2，命令队列230-11至230-33(统称为“命令队列230”)对应于第一优先级240-3。在一些实施例中，第一优先级240-1至240-3的排序可以是：第一优先级240-1>第一优先级240-2>第一优先级240-3。对应于第一优先级240-1的命令队列210可以是存储器管理设备110的管理级命令队列，对应于第一优先级240-2的命令队列220可以是需要被紧急处理的命令队列。对应于第一优先级240-3的命令队列230可以是存储器管理设备110中的各个核(未示出)要传输的其他各种类型的命令队列。对应于较高第一优先级的命令队列中的所有命令会先于对应于较低第一优先级的命令队列中的命令被处理。例如，参考图2，在命令队列210中的命令被处理完成后，才开始处理命令队列220中的命令。类似地，在命令队列220中的命令被处理完成后，才开始处理命令队列230中的命令。本公开的实施例所要讨论的是命令队列230中的各个命令队列，即对应于较低的第一优先级的各个命令队列。
30.在一些实施例中，如上文所提及的，命令队列230可以是存储器管理设备110中的各个核要传输的各种类型的命令队列。存储器管理设备110可以指定各个命令队列230的权
重250-1至250-3(统称为权重250)。由于较高的第一优先级的命令队列，例如命令队列210和220，已经占用一定的传输带宽，因此对应于权重250-1至250-3的各个命令队列230共享剩余的带宽。附加地，在一些实施例中，各个命令队列230通过加权轮询的方式来共享剩余的带宽。例如，如果存储器管理设备110指定命令队列230-11至230-13(统称为“命令队列230-1”)的权重为80，命令队列230-21至230-23(统称为“命令队列230-2”)的权重为16，命令队列230-31至230-33(统称为“命令队列230-3”)的权重为4，那么存储器控制器120每次以80:16:4的比例从命令队列230-1至230-3中提取命令。每次能够被存储器控制器120提取的命令的总数目取决于剩余的带宽的大小。附加地，在一些实施例中，对于与相同权重相对应的各个命令队列，则存储器控制器120提取相同数目的命令。例如，对于与相同权重250-1相对应的命令队列230-11至230-13，则存储器控制器120提取相同数目的命令。附加地，在一些实施例中，如果对应于某一权重的命令队列中的实际命令数目小于其被允许传输的命令数目，则对应于其他权重的命令队列可以被提取更多的命令。
31.如上文所提及的，在传统的解决方案中，存储器管理设备110仅在一开始指定各个命令队列的权重，换言之，权重是静态的。本公开的实施例可以通过检测命令队列是否发生传输延迟来动态调整与不同命令队列相对应的权重。
32.应当理解，上述各命令队列的具体数目、优先级和权重的具体数目以及权重的具体值等仅出于说明性目的给出，而不暗示对本公开范围的任何限制。例如，本公开的实施例还可以被应用于更多的或更少的命令队列，还可以使用其他的权重值。
33.图3示出了根据本公开的实施例的用于管理存储器的示例方法300的流程图。例如，方法300可以由如图1所示的存储器管理设备110来执行。应当理解，方法300还可以由其他设备来执行，本公开的范围在此方面不受限制。还应当理解，方法300还可以包括未示出的附加动作和/或可以省略所示出的动作，本公开的范围在此方面不受限制。
34.在310，存储器管理设备110可以确定与存储器的多个命令队列相对应的一组权重。
35.如上文关于图2所详细描述的，各个命令队列230已经各自被指定权重。每个权重指示相对应的命令队列中被允许传输的命令的数目。附加地，在一些实施例中，如果对应于某一权重的命令队列中的实际命令数目小于其被允许传输的命令数目，则对应于其他权重的命令队列可以被提取更多的命令。
36.附加地，在一些实施例中，假设存储器管理设备110要指定3个权重hpw、mpw和lpw，对应于各权重的命令队列的最小通量分别为thp、tmp和tlp，所有命令队列的总通量为ta，由于hpw:mpw:lpw＝thp:tmp:tlp，因此hpw、mpw和lpw可以分别被指定为thp/ta、tmp/ta和tlp/ta。
37.附加地，例如，在一些实施例中，存储器管理设备110可以已经针对用户i/o命令队列、重建i/o命令队列和存储区域网络(san)复制i/o命令队列等不同类型的命令队列指定了一组权重。附加地或备选地，相同类型的命令队列可以来自存储器管理设备110的不同核。相同的核可以包含不同类型的命令队列。附加地，在一些实施例中，存储器管理设备110可以从高到低地指定了用户i/o命令队列、重建i/o命令队列和存储区域网络(san)复制i/o命令队列的权重。
38.在320，存储器管理设备110可以检测多个命令队列是否发生传输延迟。
39.在一些实施例中，存储器管理设备110可以确定传输多个命令队列中的一个命令队列中的命令所需的时间长度。例如，在一些实施例中，针对多个命令队列中的某一命令队列，存储器管理设备110可以记录开始传输该命令队列中的某一命令的时间戳，然后在该命令被存储器控制器120接收到之后，接收到来自存储器控制器120的指示传输完成的响应。根据开始传输该命令的时间戳和接收到响应的时间戳，存储器管理设备110可以确定传输该命令所需的时间长度。如果该时间长度大于阈值时间长度，则存储器管理设备110可以确定该命令队列发生传输延迟。相反地，如果该时间长度不大于阈值时间长度，则存储器管理设备110可以确定该命令队列未发生传输延迟。
40.在330，存储器管理设备110可以根据检测的结果来调整一组权重。
41.在一些实施例中，如果存储器管理设备110检测到多个命令队列中的第一命令队列发生传输延迟，则存储器管理设备110从一组权重中确定与第一命令队列相对应的第一权重，然后存储器管理设备110从一组权重中确定低于第一权重的至少一个权重，并且减小该至少一个权重。
42.例如，在一些实施例中，如果存储器管理设备110检测到被指定较高的第一权重的用户i/o命令队列发生传输延迟，则存储器管理设备110可以减小低于第一权重的至少一个权重，例如存储器管理设备110可以减小重建i/o命令队列和san复制i/o命令队列所对应的权重，以使得用户i/o命令队列中的更多命令被存储器控制器120提取。附加地，在一些实施例中，存储器管理设备110可以将低于第一权重的至少一个权重设置为其当前值的一半，以迅速地缓解传输延迟的状况。
43.附加地或备选地，在一些实施例中，如果存储器管理设备110检测到被设置较高权重的用户i/o命令队列未发生传输延迟，并且被设置次高权重的重建i/o命令队列发生传输延迟，则存储器管理设备110可以确定第一权重是与重建i/o命令队列相对应的权重，然后减小低于该第一权重的、与san复制i/o命令队列相对应的权重。类似地，存储器管理设备110可以将与san复制i/o命令队列相对应的权重设置为其当前值的一半，以迅速地缓解传输延迟的状况。
44.在上述示例性实施例中，通过检测命令队列是否发生传输延迟来动态调整与不同命令队列相对应的权重，避免了诸如用户i/o等具有较高权重的i/o受到其他i/o的影响，从而保证服务质量(qos)。此外，以这种方式，避免了延长重建时间窗而可能导致的数据不可用或数据丢失问题。
45.图4示出了根据本公开的实施例的用于调整一组权重的示例方法400的流程图。方法400是方法300中的框330的实施例。例如，方法400可以由如图1所示的存储器管理设备110来执行。应当理解，方法400还可以由其他设备来执行，本公开的范围在此方面不受限制。还应当理解，方法400还可以包括未示出的附加动作和/或可以省略所示出的动作，本公开的范围在此方面不受限制。
46.在410，存储器管理设备110根据确定多个命令队列均未发生传输延迟，获取与多个命令队列相对应的初始权重。在420，存储器管理设备110利用初始权重来调整一组权重。
47.例如，在一些实施例中，如果存储器管理设备110检测到各个命令队列都没有发生传输延迟，则存储器管理设备110需要确定命令队列所对应的当前权重是否低于初始权重，如果低于初始权重，就增加该当前权重，以避免权重过低而导致之后与该权重相对应的命
令队列发生延迟。附加地，在一些实施例中，存储器管理设备110可以缓慢地增大当前权重。例如，存储器管理设备110每次使权重增加1。
48.在上述示例性实施例中，通过在检测到各个命令队列都没有发生传输延迟时，增加当前权重以恢复为初始权重，可以在权重较高的i/o的需求减小时，使权重较低的i/o充分地利用带宽。
49.图5示出了可以用来实施本公开的实施例的示例电子设备500的示意性框图。例如，如图1所示的存储器管理设备110可以由电子设备500实施。如图5所示，电子设备500包括中央处理装置(cpu)501，其可以根据存储在只读存储器(rom)502中的计算机程序指令或者从存储单元508加载到随机访问存储器(ram)503中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在ram 503中，还可存储电子设备500操作所需的各种程序和数据。cpu 501、rom 502以及ram 503通过总线504彼此相连。输入/输出(i/o)接口505也连接至总线504。
50.电子设备500中的多个部件连接至i/o接口505，包括：输入单元506，例如键盘、鼠标等；输出单元507，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元508，例如磁盘、光盘等；以及通信单元509，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元509允许电子设备500通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
51.上文所描述的各个过程和处理，例如方法300和400，可由处理装置501执行。例如，在一些实施例中，方法300和400可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元508。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom 502和/或通信单元509而被载入和/或安装到电子设备500上。当计算机程序被加载到ram 503并由cpu 501执行时，可以执行上文描述的方法300和400的一个或多个动作。
52.本公开可以是方法、装置、系统和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于执行本公开的各个方面的计算机可读程序指令。
53.计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、静态随机存取存储器(sram)、便携式压缩盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能盘(dvd)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
54.这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
55.用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(isa)指令、
机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如smalltalk、c++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“c”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(fpga)或可编程逻辑阵列(pla)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。
56.这里参照根据本公开实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
57.这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理装置，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理装置执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。
58.也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。
59.附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
60.以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。