本發明公開了一種基于Linux通用塊層多隊列的優化系統，包括軟件隊列和硬件隊列，其中軟件隊列與硬件隊列的映射關系為多對多，軟件隊列與硬件隊列間還設有檢測模塊，用于實時檢測各個硬件隊列上的擁塞情況；基于Linux通用塊層多隊列的優化方法，包括：S1.Linux通用塊層多隊列初始化：初始化軟件隊列、硬件隊列和檢測模塊，建立軟件隊列與硬件隊列的映射關系；S2.Linux通用塊層多隊列請求處理。本發明提供的基于Linux通用塊層多隊列的優化系統及方法，通過改變軟件隊列與硬件隊列映射關系為多對多，并在軟件隊列與硬件隊列中間加入檢測模塊，以保證在各種應用場景下，最大發揮存儲器件的性能。

技術領域

本發明屬于軟件存儲技術領域，尤其涉及一種基于Linux通用塊層多隊列的優化系統及方法。

背景技術

Linux：Linux是一種自由和開放源代碼的操作系統，也是目前運用領域最廣泛、使用人數最多的操作系統。該操作系統的內核由林納斯·托瓦茲在1991年10月5日首次發布。在加上用戶空間的應用程序之后，成為?Linux操作系統。Linux也是自由軟件和開放源代碼軟件發展中最著名的例子，其最初是作為支持英特爾x86架構的個人電腦的一個自由操作系統，目前Linux已經被移植到更多的計算機硬件平臺，遠遠超出其他任何操作系統。Linux可以運行在服務器和其他大型平臺之上，如大型主機和超級計算機。世界上500個最快的超級計算機90％以上運行Linux發行版或變種，包括最快的前10名超級電腦運行的都是基于Linux內核的操作系統。Linux?也廣泛應用在嵌入式系統上，如手機、平板電腦、路由器、電視和電子游戲機等。

NVMe：NVMe全稱Non-Volatile?Memory?Express，非易失性存儲器標準，是一種建立在M.2接口上的協議，是專門為閃存類存儲設計的協議。?NVMe是使用PCI-E通道的固態硬盤的一種規范，其設計之初就有充分利用到了固態硬盤的低延時以及并行性，還有當代處理器、平臺與應用的并行性。相比于傳統標準，NVMe標準可以帶來多方面的性能提升。

近些年來，伴隨著存儲介質的快速發展，存儲技術的迅速提升，存儲器件展現出了越來越高效的性能表現。特別是，隨著支持NVMe協議的固態硬盤的推出，其提供了超高的訪問性能，再加上存儲器件多隊列特性的出現及上層硬件系統呈現多核化的情況下，Linux傳統的通用塊層逐漸成為了提升整體系統性能的主要瓶頸。

在支持NVMe協議的固態硬盤推出之初時，面對操作系統傳統通用塊層的缺陷，驅動設計人員通過繞過通用塊層的方式來提升系統性能，雖然該方法能很好發揮存儲器件的性能，但是該方法存在通用性差，驅動設計太過復雜等問題。

目前，Linux操作系統為了應對存儲發展趨勢，提出并實現了通用多隊列塊層。該實現方案很好地解決了多線并行的問題，在多核多線程應用測試中，存儲器件能夠取得接近最優化的性能，但是該實現方案存在一個很大的問題，實現方案中的軟件隊列與硬件隊列的映射關系為多對一或一對一，并且軟件隊列與硬件隊列的映射關系在運行過程中不能根據硬件隊列的擁塞情況來動態調整，從而導致在單線程應用測試等情況下，不能充分發揮存儲器件的多隊列特性。

中國發明專利“一種利用多請求隊列提升IO并行性和減少小IO延遲的方法”(申請號CN201210268098.X)，該發明公開了一種利用多請隊列提高IO并行性和減少小IO延遲的方法，包括建立多個請求隊列的步驟和利用選擇策略使IO請求選擇相應的請求隊列進行處理步驟，從而實現IO?請求并行運行，其中選擇策略包括：將每個進程與一個請求隊列綁定，以使多個進程上的IO請求平均分配到多個請求隊列上處理；將每個CPU與一個請求隊列綁定，以使多個CPU上的IO請求平均分配到多個請求隊列上處理。該發明中通過將大量的IO請求根據某種策略分配到多個請求隊列中，實現IO請求的并行處理，提升IO請求的處理效率，達到提高IO吞吐率的效果，并可通過給小IO請求分配更多的隊列數，提升小IO的實時處理效率，來減少小IO請求處理的延遲，但是該發明并沒有采取有效方法來利用存儲器件的多隊列特性，不能充分發揮存儲器件的性能。

發明內容