高实用性和虚拟性环境中的增强固态驱动器管理

具体实施方式

本文所公示的虚拟系统通过改变高实用性和高实用性-虚拟性环境下用于短暂(如果不是更久)故障转移/转换器的SSD存储器的持久性而扩大了SSD的使用范围以提供其操作的连续性。在磁盘中断或断电的情况下，无论在系统的主存储器上还是在SSD自身上运行，SSD可在磁盘中断或断电期间为虚拟机提供持久存储器。在板上蓄电池和不间断电源(“UPS”)耗尽而长期断电的情况下，该系统可接着自动恢复对主系统模式的供电或自动恢复维护SSD固态存储状态。

图1示出了第一实施例的虚拟系统100。该系统100包括诸如微处理器的处理器104以执行多个虚拟机、主存储器108、磁盘存储装置112和通过信号载体120相互连接的SSD116。主存储器108和磁盘存储装置112可为任何适合形式的计算机可读介质。通常来说，磁盘存储装置112是一个或多个软盘、柔性盘、硬盘、磁带或任何其它磁性介质、磁光介质、CD-ROM、任何其它光学介质、穿孔卡片、纸带和任何其它带有图案孔的物理介质。信号载体120可以为公共汽车、局域网、广域网或任何其它合适类型的载体。在一种构造中，处理器104和主存储器108在诸如服务器中并列配置，而磁盘存储装置112及/或SSD116由此远程配置。尽管商讨过一种客户机服务器，但是应理解也可使用对等的网络类型。

尽管图1未示出，但是该系统中的处理器104和主存储器108具有电源(UPS)后备，而该后备能够将断电通知信号传送给该系统。VM控制模块156侦测并响应于下述的通知信号。

SSD116包括易失性存储器124、驱动控制器128、板上电源132和非易失性存储器136。非易失性存储器136、易失性存储器124和驱动控制器128通过信号载体140相互连接。板上电源传感器144和信号载体128将板上电源的剩余寿命提供给驱动控制器146。电线148将板上电源132的电力提供给易失性存储器124和驱动控制器128。在一种构造中，SSD为Fusion-io^TM制造的ioDrive Duo^TM。

驱动控制器128可为允许处理器104与易失性存储器124及非易失性存储器136通信的任何装置。

板上电源132可以是任何合适的板上能量存储装置，如可再充电电池源(例如，SSD单元的板上可再充电扣式电池)。

易失性存储器124和非易失性存储器136可以为任何合适的计算机可读介质。

主存储器108包括第一、第二、...第n(激活)虚拟机(“VMs”)152a-n和VM控制模块156。在一种构造中，VM控制模块156为管理程序。在一种构造中，VM控制模块156为一个域或主存储器108中虚拟机系统的虚拟机零点。除了控制VM操作之外，控制模块156还确定和实施下述所选择的实效后备策略。

磁盘存储装置112和易失性SSD存储器124包括第一、第二、...第n后备VMs。如本文使用的，“后备VM”是指一个或多个镜像的(主)存储器、网络(片段)、及连接到相应虚拟机的文件系统状态。后备VMs的维护可以通过许多技术而完成。

在商标名为Remus^TM出售的软件系统所实现的技术中，文件系统的周期“快照”、网络(片段)、及VM输出缓存(主存储器108中)或所选择的激活虚拟机的主存储器108状态以相对较高的频率被复制。该技术采用了4个步骤，即监测点、传输、同步和释放。在监测点和传输步骤中，中止虚拟机的执行，复制激活虚拟机的状态，将复制所得的激活虚拟机状态传输给外部后备存储器，特别是磁盘存储装置112及/或易失性存储器124，并且该虚拟机在不等候后备存储器通知的情况下恢复思索的执行。一旦已接收到状态的完整设置，那么监测点就被处理器104通知给外部存储器。在释放步骤中，缓冲网络输出被释放。代替了同步化必须发生时使正常输出流发出指令，主存储器108中VM输出缓冲直至更方便的时间，便在同步点之前推测地计算。主存储器108中正在缓冲的VM输出允许异步复制执行。在外部的后备存储器中，如果检测到激活系统发生故障，则虚拟机图像可立即开始执行。由于该后备仅与激活虚拟机周期性一致，因此主存储器108中所有的网络输出直到后备存储器中的状态达到同步时缓冲。

在商标名为Snapshot^TM的Paragon Software Group^TM出售的软件系统所实现的另一技术中，文件系统写入了计算机可读介质所选择的第一数据块，并用指针标示。在没有任何数据被读取、写入或复制到计算机可读介质的情况下，对(例如文件系统、网络和的第一、第二、...第n激活虚拟机152a-n的VM输出缓存状态)拍摄快照。该快照简单地指向当前地址。在一种替代中，文件系统修正了所选择的一个第一数据块，且在所选择的块中写入计算机可读介质的第二数据。首先，将所选择的第一数据块复制到新地址，接着仅将原始的、所选择的第一数据块改为第二数据。该文件系统仍然指向相同的地址。在另一替代中，文件系统在没有改变所选择的第一数据块时写入计算机可读介质的第二数据。该文件系统指向第二数据，而不是所选择的第一数据块，同时该快照仍然指向未经改变的所选择的第一数据块。

正如所理解的，也可使用其它镜像技术，如Double-Take^TM在Double-Take^TM Software所采用的技术。

易失性存储器124还包括警报模块164以确定磁盘存储装置出现故障或断电的时间。这通常作为对VM控制器156中警报和干扰的响应。应注意该信号被UPS(未示出)所接受。

根据一个实施例，现将参考图2讨论虚拟系统100的操作。该实施例假定第一、第二、...第n激活虚拟机152a-n的操作正在磁盘存储装置112中被执行。

在步骤200中，VM控制模块156侦测磁盘存储装置112的故障，并将警报或干扰传送给警报模块164。响应于读取或写入指令而所接收到的错误消息通常将故障通知给VM控制模块156。

相应地，警报模块164通知磁盘控制器128和VM控制模块156以实施预定的故障恢复操作，而该操作将VM状态变化镜像为SSD116而非磁盘存储装置112。在该实施例中，及如易失性存储器124中第一、第二、...第n后备VMs160a-n所示的，完成SSD116的文件系统故障转移以允许连续的第一、第二、...第n激活虚拟机152a-n的操作。换言之，数据存储指针或所选择的激活VM中主存储器108的标识为了维持所选择的VM而非易失性存储器124的数据存储器指针，并不同于先前用于指出磁盘存储装置112的那些指针或标识，及用于指出先前磁盘存储装置112镜像的虚拟机状态信息。然后易失性存储器124中镜像通过例如上述技术之一继续。如应理解的，由易失性存储器124完成的镜像可与通过磁盘存储装置112或可替代的、仅在磁盘存储装置112发生故障后通过易失性存储器124的镜像平行。如进一步应理解的，易失性存储器124中第一、第二、...第n后备VMs 160a-n的镜像可同时在非易失性存储器136中执行。通过该实施例。不同存储器中(不同的)新型激活虚拟机不可替代，但主存储器中相同的激活虚拟机可继续操作。对于所选择的激活VM160来说，因而一种特殊的激活VM实例不能切换成另一(不同的)VM实例。

根据另一实施例，现将参考图1、3、4讨论虚拟系统100的操作。与在先实施例相比，该实施例不仅切换了文件系统标识(或执行从磁盘存储装置112到SSD116中易失性存储器124的故障转移)VM，而且还执行从主存储器108到SSD116中易失性存储器124的故障转移。用另一方式说明，第一、第二、...第n激活VMs 152a-n可被直接映射到SSD116的易失性存储器124中。在磁盘存储装置112发生故障的情况下，可通过使主存储器108交换至SSD116而触发激活VM故障转移以运行主要实例(或激活VM)，同时使主存储器108停止运行激活VM。

在步骤300中，检测磁盘存储装置112的故障。在磁盘存储装置112发生故障之前，图1示出了该虚拟系统构造，及主存储器108中的第一、第二、...第n激活VMs 152a-n，以及磁盘存储装置112中和易失性存储器124中随意的第一、第二、...第n后备VMs 160a-n。

在步骤304中，及如图4所示，第一、第二、...第n激活虚拟机152a-n被交换以运行SSD116而非主存储器108。用另一方式说明，各个激活VMs152a-n的所有标识或指针从主存储器108和磁盘存储装置112被交换至SSD116的驱动机构。这可通过解析各个激活虚拟机160a-n、将各个激活虚拟机160a-n的物理网页再映射到SSD116中被镜像的易失性存储器124的物理网页、以及然后重新启动易失性存储器124上各个激活虚拟机160a-n的操作来完成。换言之，从主存储器108和磁盘存储装置112到SSD116中易失性存储器124的彻底交换已经实现。SSD116中易失性存储器124均被回应(或标识)以便于被指存储器、网络和文件系统的检查。如进一步所理解的，易失性存储器124中第一、第二、...第n激活VMs152a-n可同时在非易失性存储器136中被执行。在图4示出的一种构造中，主存储器108现将用于VM镜像操作。

根据另一实施例，现将参考图4、5讨论虚拟系统100的操作。与在先实施例相比，该实施例直接映射从第一、第二、...第n激活VMs 152a-n到SSD116中易失性存储器124的文件系统标识，且镜像非易失性存储器136上的第一、第二、...第n后备VMs 160a-n。在该实施例中，由于SSD116中易失性存储器124被用作处理器104的主要存储器，所以应避免从一计算机可读介质到另一介质交换或故障切换的复杂性。主存储器108仅可选择性地用于虚拟机操作。第一、第二、...第n激活VMs 152a-n的运行可整个发生在SSD116的易失性存储器124上。在讨论该实施例之前，应重点注意图4包括UPS后备电源400以在断电的情况下经由电线404将后备电力提供给处理器104和主存储器108。

该实施例可提供在断电后继续工作(power outage survivability)。

参考图5，在步骤500中检测断电。该断电不仅针对处理器104和主存储器108，而且还针对SSD116。由于断电的结果，处理器104、主存储器108和SSD116在临时电源上运行。在SSD116的实例下，临时电源为板上电源132，而在处理器104和主存储器108的实例中，临时电源为UPS后备电源400。

在步骤504中，VM控制模块156选择第一、第二、...第n激活VMs152a-n的哪个应继续操作，而哪个应该停止操作。这样做的目的是为了降低处理器104、主存储器108和SSD116的功率损耗，而同时可提供更高的处理速度。影响作出这些VM选择的因素包括系统操作时所选择的VM的临界性(这当然取决于虚拟机和虚拟机功能的运行类别)、用于运行各个VMs的存储器数量(或各个VM的能量损耗)、执行各个VM所需的处理能力大小，以及VM是否需要实时运行或能否容忍延迟(磁盘存储管理能容忍延迟及因此能在与较快的易失性存储器124对比而较慢的非易失性存储器136中运行)。

在步骤508中，所选择的虚拟机状态被保存到非易失性存储器136中，而其操作则终止。使操作继续的虚拟机可同时在易失性存储器124中运行。

在步骤512中，板上电源传感器144确定该板上电源132的剩余寿命。

在判决菱形512中，磁盘控制器128决定剩余生命是否足以继续操作。如果可以，则方法以合适的间隔返回且重复步骤512，可替换地，返回且重复步骤504以确定附加的虚拟机是否应该终止。如果剩余寿命不够充足，则该方法继续步骤520。

在步骤520中，磁盘控制器128在一种构造中向主存储器108中的第一、第二、...第n后备VMs 160a-n过渡。在另一构造中，镜像非易失性存储器136上的第一、第二、...第n VMs 152a-n，且终止全部VMs的执行。

在步骤524中，在先前的构造中，主存储器108上的VMs 152a-n开始执行。如果SSD116的板上电源132再次充电至预定水平，那么VMs的执行可再次向易失性存储器124过渡而继续操作。

如所理解的，当主存储器108经历断电且继续存储第一、第二、...第n VMs 152a-n时，该故障转移和切换方案可施加在该主存储器108上。

本发明中关于具有与局域及远程存储装置互联的处理器的示例性系统和方法已被描述。然而，为了避免不必要地模糊本发明，以上描述忽略了许多公知的结构和装置。该忽略并不意为对本发明权利要求范围的限制，然而应理解超出本文所提到的具体细节的各种方式实施。

此外，除了本文图示的示例性实施例示出了该系统并列配置的各种组成之外，该系统的某些组成远程配置在诸如LAN及/或互联网等的分散式网络的远处，或者专用系统内部。因此，应该理解该系统的组成可组合在一个或多个装置中如计算机，或者可并列配置在诸如模拟的及/或数字的远程通信网络、包式交换网络或电路交换网络等分散式网络的特定接点上。从以上描述和计算效率的原因应理解，该系统的组成可在不影响该系统操作的条件下被配置在组成的分散式网络内部的任何位置。举例来说，各种组成或它们的某些组合可以一个或多个用户为前提，布置在一个或多个通信装置的如PBX和介质服务器的开关、网关处。同样地，一个或多个系统功能部分可分散在一个(多个)远程通信装置和相关的计算装置之间。

此外，应理解各种连接元素的链接可是有线或无线链接，或它们的任何组合，或者任何其他公知的或后来发展的能够将数据提供及/或传送给被连接元素，以及将被连接元素的数据提供及/或传送的元素。这些有线或无线链接也可为确定的链接，而且能够传输密码信息。被用作链接的传输介质例如可是任何适合电信号包括同轴电缆、铜线和纤维光学的载体，并且可以接受诸如那些在无线电波和红外线数据传输过程中产生的声波或光波形式。

同样地，在关于事件特定顺序的流程图已被讨论和图示的同时，应理解该顺序的改变、附加和忽略可在不实质影响本发明操作的情况下发生。

可使用众多本发明的替代和修订。它可提供本发明的一些特征而不提供其它特征。

例如在一替代的实施例中，第一、第二、...第n VMs 152a-n被直接映射到非易失性存储器136中，而同时选择性地使用主存储器108，以及后退或镜像SSD116中易失性存储器124上的第一、第二、...第n后备160a-n。换言之，第一、第二、...第n VMs 152a-n在非易失性存储器136上运行。

在另一实施例中，本发明的系统和发明可协同专用计算机、程序微处理器或微控制器、以及与计算机相关的集成电路元素、ASIC或其它集成电路、数字信号处理器、硬接线电子或逻辑电路如离散元素电路、可编程的逻辑装置或门排列如PLD、PLA、FPGA、PAL专用计算机、任一类似装置等一起实施。总体而言，任何能够实施本文所图示的方法论的装置或设备可用于实施本发明的各个方面。可用于本发明的示例性硬件包括计算机、手提装置、电话(例如蜂窝的、能上网的、数字的、模拟的、混合的、及其他)、和本领域公知的其它硬件。这些装置的一部分包括处理器(例如，单个或多个微处理器)、存储器、非易失性存储器、输入装置和输出装置。此外，可替代的软件实施包括但不限于分散式处理或组成/目标。也可构造为分散式处理、并行式处理或虚拟机处理以实施本文所述的方法。

在另一实施例中，所公示的方法可容易协同使用目标或目标取向软件发展环境的软件一起实施，而该环境提供了用在各种计算机或工作平台上的简单源代码。可替代地，所公示的系统可部分或全部在使用标准逻辑电路或VLSI设计的硬件中实施。软件或硬件是否用来实施该系统，应依照本发明取决于该系统的速度及/或效率需求、特定功能、以及所使用的特定软件或硬件系统或微处理器或者微计算机系统。

在另一实施例中，所公示的方法可部分地在软件中实施，而该软件能够存储于存储器介质上、且与控制器和存储器、专用计算机、微处理器等配合在可编程的通用计算机上实施。在这些例子中，本发明的系统和方法可作为嵌入在个人计算机上的程序如小应用程序、或CGI脚本，作为停留在服务器或计算机工作区上的资源，作为嵌入在专用测量系统、系统组成或类似物中的程序实施。该系统也可通过将该系统及/或方法并入软件及/或硬件系统而实施。

尽管本发明参考了特定的标准和协议而描述了实施例中被实施的组件和功能，但是本发明并不限于这些标准或协议。也存在本文未提及的其它类似标准和协议，且被认为包含在本发明中。此外，本文提及的标准和协议和本文未提及的其它类似标准和协议周期性地被更快捷或更有效而实质上具有相同功能的等同物所替代。具有相同功能的这些替代标准或协议被认为是包含在本发明中的等同物。

在各种实施例、构造和方面中，本发明基本包括本文所示的和所述的组件、方法、步骤、系统及/装备，也包括它们的各种实施例、附加组合和子设备。本领域的技术人员应清楚在理解本发明公示之后如何编译和使用本发明。在各种实施例、构造和方面中，本发明包括在缺失本文未图示及/或叙述的条目情况下，或者在包括缺失以前装置或过程中已使用的这些条目例如，提高性能、达到快捷及/或降低实施成本的情况下的各种实施例、构造和方面中提供装置和步骤。

出于图示和描述的目的而介绍了本发明的以上讨论。以上描述并不意为将本发明仅限于本文所公示的结构和多个形式。例如在以上的具体实施方式中，处于简化本公示的目的，本发明的各种特征在一个或多个实施例、构造或方面中一起分组。本发明中实施例、构造或方面的特征可并入可替代的实施例、构造或方面而非上面讨论的那些。该公示的这种方法并不解释为反映这样一个目的，即所声明的发明需要比各个权利要求中所明确列出的要求更多的要求。恰恰相反，如下述权利要求书所反映的，创造性方面在于比上面所公示的单个实施例、构造或方面更少。因此，下面的权利要求书在这里可并入该具体实施方式中，且各个权利要求可作为本发明中单独的较优实施例而各自独立。

此外，尽管本发明的描述已包括一个或多个实施例、构造或方面的描述，或者某些替代或修订，但是其它替代、组合和修订也包含于本发明的范围中，例如理解本发明之后的那些本领域技术和知识中。这意味着可得到包括替代实施例、构造或方面的权利以延伸可允许的包括那些所声明的可替代的、可交换的及/或等同的结构、功能、范围或步骤，无论这些可替代的、可交换的及/或等同的结构、功能、范围或步骤在本文是否公示，以及是否不打算公开奉献任何专利主题的情况。