[发明专利]一种基于固态盘读写特性的I/O调度方法

说明书

技术领域

本发明属于固态盘存储技术领域，更具体地，涉及一种基于固态盘不同读写特性的I/O调度方法。

背景技术

固态盘(Solid state disk，简称SSD)是一种利用NAND闪存芯片作为数据永久存储的硬盘，随着NAND闪存芯片的生产成本下降，SSD的价格也越来越被人们所接受，SSD在数据中心、个人电脑、各种类型的移动设备上的使用越来越广泛。但是，由于长期以来构建存储系统的设备都是硬盘驱动器(Hard disk drive，简称HDD)，现有的系统软件大多数是面向HDD进行设计和优化的，直接使用SSD替换掉HDD并不能最大限度地发挥SSD的高性能。因此，针对SSD进行系统软件优化具有十分重要的意义。

HDD是一种机械旋转式的硬盘，它的读写操作主要有以下几个步骤：

1、寻道：磁头传动装置将所有的磁头移动到待访问的柱面，并获取当前需要使用的磁头号；2、旋转等待：定位到相应的盘面和磁道后，盘面就会旋转，在旋转的过程中，磁头会读取其正下方的扇区中的扇区头标中的信息，与需要读取/写入的扇区号进行比对，如果不匹配则盘面会继续旋转，如果匹配则从此扇区开始读/写数据；3、完成数据读写。HDD读写操作很大一部分时间消耗在寻道和旋转等待上，而Linux内核中的IO调度算法所做的优化主要也是为了降低寻道和旋转等待的时间消耗。

在Linux系统中，现有的IO调度算法主要是Noop算法，CFQ算法Deadline算法和Anticipatory算法。其中CFQ、Deadline和Anticipatory算法针对HDD寻道时间长，采取了合并连续的读写请求，这样就可以在寻道 结束后进行连续的读写。Noop算法对读写请求不予合并，只将新的请求插入队尾。

然而，上述IO调度算法存在以下方面的问题：1、在SSD中，顺序的写和随机的写性能基本相同，所以对写请求进行合并并不能提高SSD的速率，反而会影响系统的性能；2、在SSD中，在不超过聚簇页大小的前提下合并读请求才会提高读效率，读请求大小超过聚簇页大小后并不会提高读效率。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于固态盘不同读写特性的I/O调度方法，其目的在于，解决现有IO调度方法中存在的连续读请求合并后过大或不能被合并、以及写请求存在不必要的合并的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于固态盘读写特性的IO调度方法，包括以下步骤：

(1)接收来自上层应用并经过文件系统处理后的bio请求，并判断该bio请求的类型是读请求还是写请求，如果是读请求则转入步骤(2)，如果是写请求则转入步骤(3)；

(2)判断该读请求是否能够与其邻近的读请求进行合并，若不能合并，则直接转入步骤(4)；若可以合并且合并后的大小不超过聚簇页的大小，则将其与邻近的读请求进行合并，合并后的读请求仍然可以与其邻近的读请求进行合并，并且应当确保合并后的大小不超过聚簇页的大小。将最终合并后的读请求放入读队列和读红黑树中，以供系统读取数据。然后转入步骤(4)。

(3)判断该写请求是否能够与缓存中的写请求进行合并，如果可以则进行合并，并将合并后的写请求插入调度器队列末端，并转入步骤(4)；否则判断其能否与哈希表中的写请求进行合并，如果可以则进行合并，并 将将合并后的写请求插入调度器队列末端，并转入步骤(4)；

(4)将调度器队列中的请求分发到设备驱动器的请求队列中。

优选地，步骤(2)包括以下子步骤：

(2.1)针对该读请求，判断是否存在上次合并的读请求，若存在，则跳转到步骤(2.2)；否则跳转到步骤(2.3)；

(2.2)判断该读请求与上次合并后的读请求能否进行合并。如果不能合并，则跳转到步骤(2.3)，如果能前向合并，则跳转到步骤(2.4)，如果能后向合并，则跳转到步骤(2.5)；

(2.3)判断该读请求能否与哈希链表中的请求进行后向合并，如果能则跳转到步骤(2.5)；否则跳转到步骤(2.6)；

(2.4)完成可前向合并的读请求Rfrq与该读请求的合并，并判断前向合并之后的读请求Rfrq能否继续与调度器中读红黑树中按照请求的起始访问地址排序的Rfrq的前一个读请求Rprev继续进行前向合并。能则跳转到步骤(2.7)，否则跳转到步骤(2.8)；