[发明专利]用于管理存储器空间的方法和装置

说明书

本发明的实施方式涉及用于管理存储器空间的方法和装置。在本发明的一个方面，提供一种用于管理存储器空间的方法，所述存储器空间被组织为页面，所述页面被划分为多个页面集合，每个页面集合与多个上层系统之一相关联，所述方法包括：对所述多个上层系统进行状态监测以向所述多个上层系统指派优先级；以及基于所述多个上层系统的优先级、以所述页面集合为单位确定释放所述存储器空间的所述页面的顺序。本发明的其他方面还公开了相应的装置。

技术领域

本发明的各实施方式总体上涉及存储管理，并且更具体地涉及一种用于管理存储器空间的方法和装置。

背景技术

在很多情况下，需要对存储器中的空间进行管理，例如在为文件系统或虚拟机系统创建快照时。本领域技术人员知道，快照是一种用于系统保护的技术，它可以保存系统在给定时刻的所有状态、数据和上下文(context)。快照操作对于系统的故障恢复而言至关重要。例如，当一个系统在操作中发生严重错误时，可以根据快照将其恢复到创建该快照的时刻所处的状态和上下文。

以文件系统为例，常见的快照创建在文件系统的“卷”(volume)级别运行，以存储器中的块为粒度管理快照关系(即，快照的元数据)。在文件系统中可能常见很多快照(多达数千个)，这将消耗可观的存储器来存储元数据。例如，一个2TB的生产文件系统的一个快照，理论上最多会消耗4GB的存储器来存放元数据。因此，快照元数据通常并非完全存储于存储器内，而是可能需要在运行时动态地从磁盘之类的外部存储设备换入和/或换出。另一方面，系统中的快照共享全局存储器空间配额，但是并非所有快照都平等。某些快照(尤其是最新的快照)比其他快照更加重要和关键。这些都给存储器空间的管理提出了挑战。为了确保总体效率和性能(尤其是为了减少高CPU消耗)，需要更为高效地管理存储器空间。

在文件系统快照的存储器管理中，传统上存在两种普通管理方式：1)所有快照文件系统共享单个全局的存储器管理应用(例如，页面交换守护进程)，并且按照最近最少使用(LRU)规则简单地交换存储器中的页面；或者2)每个文件系统具有其存储器空间管理应用并且彼此独立地管理存储器空间。

对于第一种方法，单一的页面交换进程很可能成为瓶颈，尤其是在面对大规模环境时。大量的IO工作负载很容易使存储器空间达到配额的上限阈值(高水位标记)。此外，这类方法缺乏服务质量(Quality of Service，QoS)管理能力。对于第二种方法，当在文件系统间没有足够的协作时，单一的页面交换进程将遇到存储器使用率出现剧烈抖动的情况。例如，过多块可能由页面交换守护进程并行换出继而立刻由到来的读取请求换入，这引起过多磁盘I/O并且使交换效率降低。此外，另一挑战在于难于制定出高效、确切并且清楚的规则来在文件系统之中分配存储器预算以及支持QoS。

概括而言，在传统的存储器空间管理方法中，对存储器中页面的换入/换出决策是在不知道总体系统状态的情况下做出的。而且，无法保证相对高重要性的文件系统在存储器管理中得到相应的优先考虑。同时，在传统方式的实现方式中，为了简单起见，通常所有的快照元数据共享全局LRU列表并且存储器页面管理由单个线程执行，这很可能成为瓶颈并且导致高CPU消耗以及缺乏可伸缩性。上文问题同样存在于虚拟机存储器管理等其他领域。

发明内容

因此，需要有一种新颖的、有创造性并且实用的用于管理存储器空间的方法和装置来克服上述问题。为此，本发明的示例性实施方式涉及一种用于管理存储器空间的方法和装置。

在本发明的一个方面，提供一种用于管理存储器空间的方法。所述存储器空间被组织为页面，所述页面被划分为多个页面集合，每个页面集合与多个上层系统之一相关联。所述方法包括：对所述多个上层系统进行状态监测以向所述多个上层系统指派优先级；以及基于所述多个上层系统的优先级、以所述页面集合为单位确定释放所述存储器空间的所述页面的顺序。