專利名稱：一種面向云計算環(huán)境的兩級磁盤調(diào)度方法
一種面向云計算環(huán)境的兩級磁盤調(diào)度方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于計算機存儲技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種面向云計算環(huán)境的兩級磁盤調(diào)度 方法。
背景技術(shù)：
云計算技術(shù)可以使多個客戶操作系統(tǒng)(Guest OS)部署在不同的虛擬機(Virtual Machine)中，并同時運行在一臺物理機上。這種資源分享模式可以提升硬件資源的復用水 平，降低系統(tǒng)管理成本，以及提升設(shè)備訪問的安全性。
為使虛擬機對磁盤的訪問不互相干擾，尤其是當有一臺虛擬機在磁盤訪問中出 現(xiàn)異常時，其他虛擬機的正常訪問不受影響，現(xiàn)有云計算系統(tǒng)采用驅(qū)動分離模型(Split Driver Model)或相似的技術(shù)實現(xiàn)可靠的磁盤訪問。如圖1所示，驅(qū)動分離模型將磁盤的 驅(qū)動設(shè)置在專門的驅(qū)動域(Driver Domain)中,虛擬機并不直接訪問磁盤設(shè)備,而是通過前 端驅(qū)動(Front Driver)將I/O請求信息發(fā)送至一個I/O緩沖區(qū)(1/0 Ring)并通過消息通 道(Event Channel)通知驅(qū)動域,驅(qū)動域通過后端驅(qū)動(Back Driver)將1/0緩沖區(qū)的I/ O請求取出并發(fā)送至磁盤的原生驅(qū)動進行處理。1/0請求執(zhí)行完畢后，驅(qū)動域?qū)?/0請求的 數(shù)據(jù)發(fā)回1/0緩沖區(qū)，并再次通過消息通道通知虛擬機的前端驅(qū)動，虛擬機通過前端驅(qū)動 取回1/0請求的數(shù)據(jù)。這種磁盤1/0請求和執(zhí)行模式對虛擬機中的操作系統(tǒng)是透明的，即 虛擬機中的應用程序會認為是直接訪問磁盤。這種驅(qū)動分離模型或類似的技術(shù)客觀上使磁 盤1/0請求經(jīng)歷了兩級磁盤調(diào)度的控制，即虛擬機操作系統(tǒng)的磁盤調(diào)度(上游調(diào)度)和驅(qū) 動域中的磁盤調(diào)度(下游調(diào)度)。而兩級磁盤調(diào)度的配合程度將嚴重影響磁盤訪問的性能。
在磁盤調(diào)度中，1/0請求合并是其優(yōu)化功能之一。由于磁盤中磁頭的機械式運行模 式，磁頭的擺動會產(chǎn)生較大的時間開銷，從而會影響磁盤訪問性能，而1/0請求合并可以減 少磁頭擺動的頻率，從而減少磁頭尋道帶來的額外時間開銷。此外，由于1/0請求的減少， 操作系統(tǒng)和磁盤設(shè)備命令交互的次數(shù)也會減少，這也使磁盤訪問的協(xié)議開銷(如ISCSI協(xié) 議)大大降低。因此，I/o請求合并在磁盤訪問中至關(guān)重要。1/0請求合并的必要條件是參 與合并的I/o請求必須具有相鄰的邏輯塊地址(Logic Block Address，簡稱LBA)。如圖2 所示，當?shù)竭_1/0請求(Ra)的起始LBA等于磁盤調(diào)度內(nèi)1/0請求隊列某1/0請求(Rb)的 終止LBA時(起始LBA加該1/0請求大小)，稱為后合并(Back Merge);而當?shù)竭_1/0請求 (Ra)的終止LBA等于磁盤調(diào)度隊列內(nèi)某1/0請求(Rb)的起始LBA時，稱為前合并(Front Merge)。此外，當參與合并的1/0請求到達磁盤調(diào)度時,另一個參與合并的1/0請求也必須 在調(diào)度中，否則，1/0請求合并依然無法完成。
在兩級磁盤調(diào)度的構(gòu)架中，1/0請求合并由虛擬機中的磁盤調(diào)度和驅(qū)動域中的磁 盤調(diào)度共同完成。如圖3所示，部署在虛擬機中的應用程序發(fā)送的1/0請求首先要經(jīng)過文 件系統(tǒng)層(包括虛擬文件系統(tǒng)和實際使用的文件系統(tǒng)(例如Ext2或者Ext3等))的處理， 從而成為大小一致的1/0請求，然后，這些1/0請求到達上游調(diào)度進行請求合并，并發(fā)往驅(qū) 動域，在下游調(diào)度進一步完成1/0請求合并。這樣，兩級磁盤調(diào)度的配合程度將直接影響I/O請求合并的程度。在云計算的驅(qū)動分離模型中，由于操作系統(tǒng)對I/o請求合并的限制以及虛擬化的效率因素，虛擬機中調(diào)度完成的I/o請求合并程度需要受到限制。現(xiàn)有的虛擬化軟件和操作系統(tǒng)普遍采用統(tǒng)一的參數(shù)設(shè)定，如果需要修改則必須重新編譯操作系統(tǒng)。這對于虛擬I/o的性能優(yōu)化是不利的。在云計算環(huán)境中I/O請求合并通常是由兩級磁盤調(diào)度采用流水線模式協(xié)作完成的，因此流水線的下游調(diào)度(驅(qū)動域磁盤調(diào)度)是其上游調(diào)度(虛擬機中磁盤調(diào)度)的功能延伸?，F(xiàn)有的云計算系統(tǒng)普遍采用固定的系統(tǒng)配置來約束上游調(diào)度的I/O請求合并程度(即限定I/o請求合并的次數(shù))。當I/O請求的大小或者合并次數(shù)超過系統(tǒng)限定時，原本可合并的兩個I/o請求將收到合并中止信號，從而無法在該級調(diào)度完成合并操作。如果要修改I/o請求合并程度的系統(tǒng)配置就必須重新編譯操作系統(tǒng)和云計算系統(tǒng)，這樣就更無法適應虛擬機中部署程序I/o請求的變化，從而使上游調(diào)度的“過度合并”和“合并不足”問題影響磁盤I/o性能的提升?！斑^度合并”假設(shè)可合并的兩個I/O請求按照其到達磁盤調(diào)度的前后順序分別叫做前驅(qū)請求Ra和后繼請求Rb，那么請求合并的前提條件是Rb到達磁盤調(diào)度時，Ra必須仍然在調(diào)度中，不然，請求合并就無法完成。雖然，由于調(diào)度策略和應用程序發(fā)送I/O請求特征的不同，請求停留在磁盤調(diào)度的時間是不同的，但是，從概率的角度，前驅(qū)請求Ra和后繼請求Rb之間的時間差對請求合并的影響較大。假設(shè)請求停留磁盤調(diào)度的最大時限為250ms，那么，前驅(qū)請求Ra和后繼請求Rb之間的時間差若超過250ms就將失去合并機會。在兩級磁盤調(diào)度的環(huán)境中，如果上游調(diào)度進行過多的請求合并操作，則到達下游調(diào)度的I/O請求將可能合并更多的子請求，但是，由于相鄰I/O請求之間存在一定的時延(假設(shè)IOms)，因此如果后繼請求Rb在到達下游調(diào)度之前合并了 25個I/O請求，那么，當Rb發(fā)送至下游調(diào)度時，Rb將失去與前驅(qū)請求Ra的合并機會。而且，由于從虛擬機發(fā)送I/O請求到驅(qū)動域還需要考慮虛擬化的延時開銷，這樣，當上游調(diào)度發(fā)生這樣的“過度合并”時，下游調(diào)度的I/O請求合并能力將急劇下降，從而影響磁盤I/O性能?！昂喜⒉蛔恪贝送?，如果應用程序I/O請求的合并量太大，也會影響I/O請求合并的性能。如I/
O請求R1、R2.....R50依此到達磁盤(I/O請求駐留最大時限是250ms)，相鄰兩個I/O請求
之間相差10ms，并且這50個I/O請求均能合并，那么前25個I/O請求可以合并為I/O請求Ra，但是，等R26到達磁盤調(diào)度時，I/O請求Ra已發(fā)送到磁盤設(shè)備。這就意味著R26以后的I/O請求無法和Ra繼續(xù)合并。在兩級磁盤調(diào)度過程中，如果上游磁盤調(diào)度完成的I/O請求合并過少，那么，大量的可合并的I/O請求將被發(fā)送到下游磁盤調(diào)度進行進一步合并優(yōu)化。而如上所述，下游調(diào)度的I/O請求合并能力是有限的，再加上I/O請求在從虛擬機發(fā)送到驅(qū)動域的延時開銷是不可忽略的，那么，I/O請求的合并優(yōu)化將由于上游調(diào)度的“合并不足”而受到嚴重影響。為了清楚地理解本發(fā)明，以下對有關(guān)術(shù)語加以解釋驅(qū)動域(Driver Domain):實際部署驅(qū)動程序并受虛擬化系統(tǒng)監(jiān)控的操作系統(tǒng)。前端驅(qū)動(Front Driver):部署在虛擬機中的虛擬化驅(qū)動程序，負責與驅(qū)動域通信傳送來自虛擬機側(cè)的I/O請求，以及傳回來自驅(qū)動域的I/O請求執(zhí)行結(jié)果。
后端驅(qū)動(Back Driver):部署在驅(qū)動域中的虛擬化驅(qū)動程序，負責與虛擬機通信傳送來自外部設(shè)備的I/o請求執(zhí)行結(jié)果，以及傳回來自虛擬機側(cè)的I/O請求。
原生驅(qū)動(Native Driver):部署在驅(qū)動域中的設(shè)備固有驅(qū)動程序。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種面向云計算環(huán)境的兩級磁盤調(diào)度方法，降低現(xiàn)有兩級磁盤調(diào)度方法中存在的兩級磁盤調(diào)度不協(xié)調(diào)問題，以減少驅(qū)動域磁盤調(diào)度因為虛擬機中磁盤調(diào)度出現(xiàn) “過度合并”或者“合并不足”而帶來的對I/o請求合并的不良影響，從而提升云計算系統(tǒng)的整體存儲性能。
本發(fā)明所提供的一種面向云計算環(huán)境的兩級磁盤調(diào)度方法，包括初始化步驟、監(jiān)測步驟、預測步驟和決策步驟
(I)初始化步驟包括下述子步驟
(1.1)設(shè)置參數(shù)值
設(shè)置采集間隔T，T為O. 5秒 10秒；
設(shè)置合并率最大限定值Pmax和合并率平均限定值Pave，Pmax為O. 4 O. 6，Pave為O O.2 ；
設(shè)置合并中止率標準值σ std，σ std為O. 05 O.1 ;
設(shè)置上游調(diào)度到達I/O請求的大小b為8塊 20塊，每塊512字節(jié)；
設(shè)置第一級合并限制值α的變化步長U1 = 4 11 ;
設(shè)置α的取值范圍為[apajO^-l) Xu1],其中，α的取值范圍下限S1為8 22, α增長的最大步數(shù)Ii1為1+丨(128- a^/uxl；
設(shè)置α的調(diào)整范圍上限α —和調(diào)整范圍下限Ctniin5CiniaxSSS-1lO, α _為 23 44 ;
設(shè)置潛在I/O請求的大小δ的變化步長U2 = 4 11 ;
設(shè)置δ的取值范圍為[a2, a2+(n2_l) Xu2],其中，δ的取值范圍的下限a2為8 22，δ變化的最大步數(shù)1!2為1+丨(512-a2)/u2|;
(1. 2)創(chuàng)建二維預測表Μ[〖(α - ai)/uij，φ]、二維索引表Q[l (α - a^/uj， L[[(a - aj/ud]]和· 維索引表 L[L(a - aj/il·」];二維預測表 M[[(a - a^/u.J, φ]的第-. 維為I (α - aij/ui〗，第二維為α對應的觀測請求大小Φ,表項為Mi^i = I 叫，j = I 512 ;二維索引表Q[l(oc -ad/ihj’UKa - aj/uj]的第一維為(a-ai)/Ul，第二維為 α 對應Φ的序號，表項為Qi,k，i = I rvk = I n2 ;—維索引表L[|_ (α - ajj/u」]的第一維為 I (α - ad/Uij，表項為 Li, i = I Ii1;
將上述各表的表項全部清零；
(1. 3)直 i = O，j = O ;
(1.4)判斷是否a2+(n2_l) Xu2 < 512，是則轉(zhuǎn)子步驟(1.5)，否則轉(zhuǎn)子步驟 (1. 15)；
(1. 5)判斷是否i < Ii1,是則轉(zhuǎn)子步驟(1. 6)，否則轉(zhuǎn)子步驟(1. 15)；
(1. 6)判斷是否k < n2，是則轉(zhuǎn)子步驟(1. 7)，否則轉(zhuǎn)子步驟(1. 14)；(1. 7)置 a = B^iXu1 ；(1. 8)置 δ = a2+kXu2,計算潛在合并率 P p = l~b/ δ ；(1.9)計算觀測合并率 m:m=1-(1-p)/(1-p°)；(1. 10)計算觀測請求大小Φ :中=[b/(l — m)j:判斷是否Φ < 512,是則轉(zhuǎn)子步驟(1. 11)，否則轉(zhuǎn)子步驟(1. 15)；(1. 11)置 j = Φ，置 Mi, j = δ，置 QiJ = φ，置 Li = Li+!；(1. 12)置 k = k+Ι ，轉(zhuǎn)子步驟(1. 6)；(1. 13)置 i = i+Ι，轉(zhuǎn)子步驟(1. 5)；(1. 14)初始化步驟結(jié)束，啟動步驟⑵和步驟⑷；(1. 15)異常退出；本步驟及以下步驟中，符號『C〗表示對C求整數(shù)上限；符號|Cj表示對C求整數(shù)下限；(2)監(jiān)測步驟，包括下述子步驟(2.1)設(shè)置當前時刻t = O ;(2. 2)統(tǒng)計上游調(diào)度發(fā)出I/O請求的數(shù)量A ;統(tǒng)計上游調(diào)度發(fā)出I/O請求大小的最大值B1與累加值B2 ;統(tǒng)計上游調(diào)度合并中止信號數(shù)量B3 ；(2. 3)獲取時間增量Λ，置t = t+ Λ，判斷是否t彡Τ，是則轉(zhuǎn)子步驟(2. 4)，否則轉(zhuǎn)子步驟(2. 2)；(2. 4)計算每秒上游調(diào)度發(fā)出I/O請求的數(shù)量S = A/T ;計算上游調(diào)度發(fā)出I/O請求大小的平均值B4 = B2/A ;計算上游調(diào)度發(fā)出I/O請求合并中止信號的頻率B5 = B3/T ；(2. 5)置觀測請求大小的最大值Ct1 = B1，置觀測請求大小的平均值Φ2 = B4，轉(zhuǎn)預測步驟⑶；(2. 6)判斷是否返回異常標記，是則轉(zhuǎn)子步驟(2. 8)，否則轉(zhuǎn)子步驟(2. 7)；(2. 7)置上游調(diào)度發(fā)出I/O請求合并中止信號的頻率P = B5 ;進行子步驟(2. 8)；(2. 8)置 A = 0，B1 = 0，B2 = 0，B3 = 0，轉(zhuǎn)子步驟(2.1)；(3)預測步驟，包括下述子步驟(3.1)判斷是否成功獲取Ct1和Φ2，是則轉(zhuǎn)子步驟(3. 2)，否則轉(zhuǎn)子步驟(3. 16)；(3. 2)判斷是否α < a1;是則轉(zhuǎn)子步驟(3. 3)，否則轉(zhuǎn)子步驟(3. 4)；(3. 3)置 a = B1 ；(3. 4)判斷是否α >X U1，是則轉(zhuǎn)子步驟(3. 5)，否則轉(zhuǎn)子步驟(3. 6)；(3. 5)直 a = B1+ (Iij-1) Xu1 ；(3. 6)置計數(shù)器 q = 0,1 = [ (α - aO/uxj(3.7)置k = q，判斷是否> Qijk且q SLi，是則轉(zhuǎn)子步驟(3. 8)，否則轉(zhuǎn)子步驟(3. 9)；(3. 8)置 q = q+1，轉(zhuǎn)子步驟(3. 7)；(3. 9)判斷是否q彡Li,是則轉(zhuǎn)子步驟(3. 15)，否則轉(zhuǎn)子步驟(3. 10)；(3. 10)置j = QiM,置潛在請求大小的最大量預測值δ max = Mi,置q = O ;(3.11)置k = q，判斷是否Φ 2 > Qi, k且q < Li，是則轉(zhuǎn)子步驟(3. 12)，否則轉(zhuǎn)子步驟(3. 13)；
(3. 12)設(shè)置 q = q+1，轉(zhuǎn)子步驟(3. 11)；
(3. 13)判斷是否Q^Li,是則轉(zhuǎn)子步驟(3. 15)，否則轉(zhuǎn)子步驟(3. 14)；
(3.14)置潛在請求大小的平均量預測值Save = Mi,」；預測成功，返回子步驟 (2. 6)；
(3. 15)置異常標記,返回子步驟(2.6)；
(4)決策步驟，包括下述子步驟
(4.1)判斷δ max和δ ave是否變化，是則轉(zhuǎn)子步驟(4. 3)，否則轉(zhuǎn)子步驟(4. 2)；
(4. 2)等待 2 IOms,轉(zhuǎn)子步驟(4.1)；
(4. 3)判斷P和S是否變化，是則轉(zhuǎn)子步驟(4. 5)，否則轉(zhuǎn)子步驟(4. 4)；
(4. 4)等待 2 IOms,轉(zhuǎn)子步驟(4. 3)；
(4. 5)計算合并中止率σ = P /S ;
(4.6)判斷是否Pmax ( 3 max ^ )/ S _ 且 Pave > ( δ ave- α)/δ ave,是則轉(zhuǎn)子步驟(4.7)，否則轉(zhuǎn)子步驟(4. 10 )；
(4. 7)判斷是否σ ( σ std，是則上游調(diào)度處于“過度合并”狀態(tài)，轉(zhuǎn)子步驟(4. 8)， 否則轉(zhuǎn)子步驟(4. 10)；
(4. 8)判斷是否α < a min+Ul,是則轉(zhuǎn)子步驟(4.1)，否則進行子步驟(4. 9)；
(4. 9)置 a = Ct-U1,轉(zhuǎn)子步驟(4.1)；
(4. 10)判斷是否Pfflax < ( δ max- α ) / δ _且σ >。std，是則上游調(diào)度處于“合并不足”狀態(tài)，轉(zhuǎn)子步驟(4. 12)，否則轉(zhuǎn)子步驟(4. 11)；
(4. 11)判斷是否Pave< (Save-Q)/Save且σ > σ std，是則上游調(diào)度處于“合并不足”狀態(tài)，轉(zhuǎn)子步驟(4. 12)，否則轉(zhuǎn)子步驟(4.1)；
(4. 12)判斷是否α > a max_Ul，是則轉(zhuǎn)子步驟(4.1)，否則轉(zhuǎn)子步驟(4. 13)；
(4. 13)置 a = a +U1，轉(zhuǎn)子步驟(4.1)。
初始化步驟，完成必要參數(shù)的設(shè)定以及二維預測表Μ、二維索引表Q和一維索引表 L的初始化。
監(jiān)測步驟，完成I/O請求合并相關(guān)信息的實時監(jiān)測。
預測步驟根據(jù)監(jiān)測步驟的統(tǒng)計信息預測反映I/O請求合并任務量的信息，并將預測結(jié)果傳送給監(jiān)測步驟。為衡量磁盤調(diào)度執(zhí)行I/o請求合并的程度，本發(fā)明引入觀測合并率m，觀測合并率m為I/O請求合并次數(shù)和到達I/O請求數(shù)量的比值。由于一次I/O請求合并操作就可以在數(shù)量上減少一個到達I/O請求，因此，觀測合并率的值域范圍為
Θ = b/(l-m)(I)
式中，b表示上游調(diào)度到達I/O請求的大小；
潛在合并率P為到達磁盤調(diào)度的I/O請求所具有的合并概率(到達I/O請求可進行后合并和強合并的比例)，由式⑵求得
P = Ι-b/ δ(2)
式中，δ為潛在I/O請求的大小，它是合并后I/O請求的平均大小的最大理論值；
根據(jù)潛在合并率的定義可以得到可以合并的I/O請求數(shù)量E
E = pXN(3)其中N為到達I/O請求數(shù)，這樣，潛在合并率P可以表明I/O請求的合并任務量。由于存在操作系統(tǒng)對I/O請求合并的限制以及磁盤調(diào)度對I/O請求合并的影響，所以觀測合并率小于等于潛在合并率。在已獲取到達I/o請求數(shù)量的情況下，根據(jù)觀測合并率m可預測出潛在合并率P，則也可得到合并任務量。為有效預測潛在合并率從而測量I/O請求合并任務量，根據(jù)I/O請求合并的規(guī)律，受限的I/o請求合并后的請求大小Θ Θ = b · (1+ρ+ρ2+··· +ρα_1)(4)其中，α表示第一級合并限制值；由式(I)和⑷可得相應的觀測合并率m m = l-(l-p)/(l-p°)(5)由于應用程序的I/O操作要經(jīng)過文件系統(tǒng)處理成固定大小(由操作系統(tǒng)的物理頁大小決定)的I/o請求，然后再發(fā)送到磁盤調(diào)度。因此，在虛擬機中的磁盤調(diào)度(上游調(diào)度)中到達I/o請求的初始大小是一致的(即b不變)，這樣可以根據(jù)式(I)將觀測合并率轉(zhuǎn)換為觀測請求大小Φ ;同時將潛在合并率轉(zhuǎn)換為潛在請求大小S。在兩級磁盤調(diào)度優(yōu)化方法的實現(xiàn)中，不同的第一級合并限制值α下的Φ和δ的關(guān)系以二維預測表M的方式體現(xiàn)。圖9所示為α從11變化至88時潛在請求大小和觀測請求大小的對應關(guān)系曲線。預測過程是查表的過程，第一維的索引是第一級合并限制值α，第二維索引是Φ，查出的結(jié)果是S。預測步驟所得到的各項參數(shù)被監(jiān)測步驟引用(即δ_和δ_)。

決策步驟根據(jù)監(jiān)測步驟獲取的參數(shù)判斷上游磁盤調(diào)度是否處于“過度合并”狀態(tài)或者“合并不足”狀態(tài)，是則對上游調(diào)度的I/o請求合并限制參量進行動態(tài)調(diào)整。決策步驟從監(jiān)測步驟獲取的參數(shù)包括潛在請求大小的最大量預測值δ max、潛在請求大小的平均量預測值、合并中止率σ、合并中止信號頻率P和I/O請求數(shù)量S。合并中止信號頻率P和S的比值作為第一級合并限制值α的效果反饋，稱為合并中止率σ。此外，決策步驟還需要以下參數(shù)參與決策，包括合并率最大限定值Pmax、合并率平均限定值P·、決策步驟設(shè)定了合并中止率標準值Ostd和第一級合并限制值α。當滿足公式(6)描述的條件時，決策步驟認為上游調(diào)度處于“過度合并”狀態(tài)(Pmax > ( 5 max" α ) / S maX 且 P讚 > (5 脈-Q )/ 5 aJ 且 0 彡 0 Std⑶當滿足公式(7)描述的條件時，決策步驟認為上游調(diào)度處于“合并不足”狀態(tài) (Pmax < ( 5 max" α ) / S maX 或 P讚 < (5 脈-Q )/ 5 aJ 且 0 > 0 Std⑵當決策步驟判斷上游調(diào)度處于“過度合并”狀態(tài)時，只要第一級合并限制值α大于Cimin—個步長，α會減少一個步長U1;若上游調(diào)度處于“合并不足”狀態(tài)，只要第一級合并限制值α小于個步長，則α會增加一個步長U1。“過度合并”和“合并不足”是指上游調(diào)度無法與下游調(diào)度協(xié)調(diào)完成請求合并任務的狀態(tài)。當上游調(diào)度處于“過度合并”狀態(tài)時，I/O請求在上游調(diào)度的時延增加，從而增加了相鄰I/O請求到達下游調(diào)度的時間間隔，這將降低I/O請求在下游調(diào)度合并的概率；此外，當上游調(diào)度處于“合并不足”狀態(tài)時，I/O請求在上游調(diào)度的合并不足，從而造成更多的I/O請求到達下游調(diào)度，而下游調(diào)度在有限時間內(nèi)完成的I/O請求合并量是有限的，因此，更多可以合并的I/O請求會喪失合并的機會。識別和避免“過度合并”和“合并不足”狀態(tài)對于云計算環(huán)境下兩級磁盤調(diào)度的請求合并是重要的優(yōu)化。
本發(fā)明采用監(jiān)測步驟實時監(jiān)測反映請求合并狀態(tài)的信息，并將這些信息提供給決策步驟進行判斷，上游調(diào)度是否處于“過度合并”和“合并不足”狀態(tài)。當判斷上游調(diào)度處于 “過度合并”時，決策步驟就減少第一級合并限制值α，從而減小I/O請求在上游調(diào)度的合并量，進而減小相鄰I/O請求到達下游調(diào)度的時間間隔；當判斷上游調(diào)度處于“合并不足” 時，決策步驟就增加第一級合并限制值α，增加上游調(diào)度的I/O請求合并量，進而減少可合并I/O請求在下游調(diào)度喪失合并機會的概率。監(jiān)測步驟和決策步驟相互配合形成反饋控制，降低現(xiàn)有兩級磁盤調(diào)度方法中存在的兩級磁盤調(diào)度不協(xié)調(diào)問題，以減少驅(qū)動域磁盤調(diào)度因為虛擬機中磁盤調(diào)度出現(xiàn)“過度合并”或者“合并不足”而帶來的對請求合并的不良影響，從而提升云計算系統(tǒng)的整體存儲性能。


圖1為驅(qū)動分離模型示意圖2為請求合并說明圖3為兩級磁盤調(diào)度的請求合并說明圖4為本發(fā)明流程示意圖5為初始化步驟流程圖。
圖6為監(jiān)測步驟流程圖。
圖7為預測步驟流程圖。
圖8為決策步驟流程圖。
圖9為第一級合并限制值α下的觀測請求大小和潛在請求大小關(guān)系圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對進一步說明。
如圖4所示，本發(fā)明的實施例，包括初始化步驟、監(jiān)測步驟、預測步驟和決策步驟。
初始化步驟、監(jiān)測步驟、預測步驟和決策步驟分別如圖5、圖6、圖7、圖8所示。
本實施例中，初始化步驟的子步驟(1. D和子步驟(1. 2)分別為
(1. D設(shè)置參數(shù)值
設(shè)置采集間隔T，T為I秒；
設(shè)置合并率最大限定值Pmax和合并率平均限定值Pave，Pmax為O. 5，Pave為O.1 ;
設(shè)置合并中止率標準值σ std，σ std為O. 05 ;
設(shè)置上游調(diào)度到達I/O請求的大小b為8塊，每塊512字節(jié)；
設(shè)置第一級合并限制值α的變化步長U1 = 11 ；
設(shè)置α的取值范圍為[11，132]，其中，α的取值范圍下限為11，α增長的最大步數(shù)η1為 12 ;
設(shè)置α的調(diào)整范圍上限a max和調(diào)整范圍下限Ctniin5Ct _為110，a min為23 ；
設(shè)置潛在I/O請求的大小δ的變化步長U2 = 11 ；
設(shè)置δ的取值范圍為[11，506]，其中，δ的取值范圍的下限&2為11，δ變化的最大步數(shù)η2為46 ;
(1. 2)創(chuàng)建二維預測表 M[l (a - a^/uij φ] 二維索引表Q[l(oc -a^/uj,L[l (a -adMI]]和一維索引表L[J_(a -S1Vu1J]:.:約⑴則表_l(a -aO/u」，φ]的第一維為I (α - aO/uJ，第二維為α對應的觀測請求大小Φ，表項為= I 12，j = I 512 ;二維索引表Q[l(a -ai)/uiJ,L[[(a - ad/uj]]的第一維為(a-ai)/Ul，第二維為 α 對應Φ的序號，表項為Qi,k，i = I 12，k = I 46 ;—維索引表L[l(0C ad/u」]的第一維為I (Cl - a-jJ/UjJ，.灰項為 Li, i = I 12 ;將上述各表的表項全部清零。
權(quán)利要求
1.一種面向云計算環(huán)境的兩級磁盤調(diào)度方法，包括初始化步驟、監(jiān)測步驟、預測步驟和決策步驟 (I)初始化步驟包括下述子步驟 (1.1)設(shè)置參數(shù)值 設(shè)置采集間隔T，T為O. 5秒 10秒； 設(shè)置合并率最大限定值Pmax和合并率平均限定值pave，Pmax為O. 4 O. 6，Pave為O O.2 ； 設(shè)置合并中止率標準值σ std，σ std為O. 05 O.1 ; 設(shè)置上游調(diào)度到達I/O請求的大小b為8塊 20塊，每塊512字節(jié)； 設(shè)置第一級合并限制值α的變化步長U1 = 4 11 ; 設(shè)置α的取值范圍為[a1;Xu1],其中，α的取值范圍下限B1為8 22, α增長的最大步數(shù)Ii1為
全文摘要
一種面向云計算環(huán)境的兩級磁盤調(diào)度方法，屬于計算機存儲技術(shù)領(lǐng)域，降低現(xiàn)有兩級磁盤調(diào)度方法中存在的兩級磁盤調(diào)度不協(xié)調(diào)問題。本發(fā)明包括初始化步驟、監(jiān)測步驟、預測步驟和決策步驟。監(jiān)測步驟實時監(jiān)測反映I/O請求合并狀態(tài)的信息，并將這些信息提供給決策步驟判斷上游調(diào)度是否處于“過度合并”和“合并不足”狀態(tài)。監(jiān)測步驟和決策步驟相互配合形成反饋控制，降低現(xiàn)有兩級磁盤調(diào)度方法中存在的兩級磁盤調(diào)度不協(xié)調(diào)問題，減少驅(qū)動域磁盤調(diào)度因為虛擬機中磁盤調(diào)度出現(xiàn)“過度合并”或者“合并不足”而帶來的對I/O請求合并的不良影響，從而提升云計算系統(tǒng)的整體存儲性能。
文檔編號G06F9/46GK103064730SQ20121055735
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月20日
發(fā)明者馮丹, 李寧, 施展, 江泓, 柳青, 焦田豐 申請人:華中科技大學