[发明专利]具有用户空间闪存转换层的用户空间存储I/O栈的方法和系统

说明书

一个实施例便于用户空间存储I/O堆栈。在操作期间，系统通过所述用户空间中的文件系统生成与指示要读取或写入的数据的I/O请求相关联的逻辑块地址；所述系统通过所述用户空间中的闪存转换层模块生成与所述逻辑块地址对应的物理块地址；其中，所述闪存转换层模块位于所述用户空间中的所述文件系统和块设备驱动器之间。所述系统估计与执行所述I/O请求相关的延迟。响应于确定估计的延迟大于或等于预定阈值，并且所述I/O请求是读取请求，所述系统从物理块地址以外的位置读取请求的数据。

技术领域

本公开总体上涉及数据存储领域。更具体地，本公开涉及用于具有用户空间闪存转换层的用户空间输入/输出(I/O)堆栈的方法和系统。

背景技术

互联网和电子商务的激增继续创造了大量的数字内容。已经创建了各种存储系统和服务器来访问和存储这种数字内容。存储系统或服务器可以包括多个驱动器(例如，固态驱动器(SSD))，并且驱动器可以包括诸如NAND闪存之类的用于持久存储的非易失性存储器。SSD的不同设计导致用于NAND闪存的本地存储I/O堆栈的不同实现，包括闪存转换层的实现(FTL)。FTL主要负责将逻辑块地址(LBA)映射到物理块地址(PBA)。在常规的基于设备的FTL设备中，FTL在硬件(例如，SSD)中实现并且使用SSD控制器的资源。在传统的基于内核的FTL设备中，FTL在内核空间中实现，并且使用服务器的资源(例如，CPU核心，存储器等)。由于应用程序在用户空间中运行，因此从应用程序通过堆栈的I/O通信必须通过内核空间，这可能会导致大量上下文切换开销。另外，在与常规实现的FTL的I/O通信中，内核空间上下文切换可能会导致性能瓶颈，特别是与SSD本身的性能相比。

一种解决方案是通过在用户空间中实施文件系统和块设备驱动程序来完全绕开内核空间。数据的实际写入分为两个独立的阶段：首先，用户空间文件系统将文件格式化为LBA。其次，SSD控制器将LBA映射到PBA。但是，应用程序仍然无法查看数据在物理介质上的存储位置以及何时将数据写入SSD。因此，此解决方案可能会对系统的效率、性能和服务质量(QoS)产生负面影响。

发明内容

一个实施例便于用户空间存储I/O堆栈。在操作期间，系统通过在用户空间中的文件系统生成与I/O请求关联的逻辑块地址，该与I/O请求指示要读取或写入的数据。该系统通过用户空间中的闪转换层模块生成与逻辑块地址相对应的物理块地址，其中闪存转换层模块位于用户空间中的文件系统和块设备驱动器之间。

在一些实施例中，系统估计与执行所述I/O请求相关联的延迟；

响应于确定所估计的延迟大于或等于预定阈值：响应于确定所述I/O请求是读取请求，所述系统从所述物理块地址以外的位置读取所请求的数据；和，响应于确定所述请求是写入请求，所述系统通过所述闪存转换层模块在所述用户空间中生成新的物理块地址。

在一些实施例中，所述估计的延迟由延迟估计器模块确定，并且生成所述物理块地址使延迟估计器模块重置所述估计的延迟。

在一些实施例中，响应于确定估计的延迟小于预定阈值，系统执行以下操作：

响应于确定该I/O请求是读取请求：所述系统从所述物理块地址读取所请求的数据，并将读取的数据发送给请求主机；和

响应于确定该I/O请求是写入请求，所述系统将所请求的数据写到所述物理块地址。

在一些实施例中，系统通过以下方式确定估计的延迟：

响应于确定与所述物理块地址相关联的物理介质当前正在经历编程操作并且所述编程操作不可挂起，将与完成所述编程操作相关的延迟包括在所估计的延迟中；响应于确定与所述物理块地址相关联的物理介质当前正在进行擦除操作，并且所述擦除操作不可挂起，将与完成所述擦除操作相关的延迟包括在所估计的延迟中；和，响应于确定队列中的原始数据当前正在经历重试操作，将与完成所述重试操作相关的延迟包括在所估计的延迟中。