[发明专利]一种用户态存储系统的全链路追踪装置

说明书

本发明公开一种用户态存储系统的全链路追踪装置，在全链路追踪库中配置数据接口和环形缓冲区，通过数据接口与用户态存储系统进行交互，对输入输出进程数据进行调用，为每一输入输出进程数据分配跟踪记录以及与跟踪记录对应的记录标记；环形缓冲区用于将输入输出进程数据的跟踪记录和对应的记录标记作为追踪数据进行存储。链路解析工具模块，获取环形缓冲区中的追踪数据，对追踪数据进行解析得到与输入输出进程数据对应的全链路追踪结果并进行显示。以上方案，为跟踪记录设置记录标记，在进行数据跟踪时，对记录标记进行索引降低了全链路跟踪过程中跟踪记录的索引开销，提高了全链路追踪方案的性能和灵活性。

技术领域

本发明涉及大数据存储技术领域，特别涉及一种用户态存储系统的全链路追踪装置。

背景技术

近些年间存储介质得到了快速发展，单位存储介质的性能越来越高，原来的HDD(Hard Disk Drive)机械硬盘读写速度不足100IOPS，而如今的NVMe(Non-Volatile Memoryexpress)固态硬盘读写速度可以达上百万IOPS，平均时延从毫秒压缩到微秒。存储系统的性能瓶颈也由存储硬件本身逐渐转移到软件上，传统的内核态存储系统：例如文件系统、调度器、硬件驱动等方法无法充分发挥新存储介质的性能，成为存储系统的新瓶颈。

SPDK(Storage performance development kit)是Intel推出的用户态存储系统开发套件，相对于传统的内核态存储系统，SPDK运用了以下关键技术提升系统性能：(1)用户态驱动：整个软件系统都运行在用户态模式下，避免了IO过程中频繁的用户态/内核态上下文切换，允许更多的时钟周期被用来做实际的数据存储。(2)基于轮询的异步IO模型：用户态程序提交IO请求后继续执行其他工作，以一定的时间间隔去轮询检查I/O是否已经完成。这种方式避免了中断带来的延迟和开销。(3)无锁化模型：访问同一个设备的多个线程通过独立的轻量级协程和I/O通道进行隔离，不需要全局锁进行互斥。这种方式可以降低多线程下的竞争，提升整体性能的可扩展性。基于以上优势，SPDK用户态存储系统被广泛应用于主流的企业存储和云存储系统中。但是SPDK内部缺乏对IO的全链路追踪方法，无法查看IO在多个存储模块间的时延分布情况，导致无法有效定位软件系统的性能瓶颈。

目前行业内通用的一种IO全链路追踪方法，会在IO控制结构中内置多个性能追踪变量，用来记录IO各个阶段的时延，并在IO完成时对追踪结果进行汇总和观测。该方法存在以下问题：(1)通用性差，需要存储业务模块根据不同的消息类型定义变量，全链路追踪模块和业务模块之间耦合较深。(2)用户态存储系统中，一个IO通常要跨多个存储业务模块处理，需要在多个模块间通过参数传递性能追踪变量。该方法会导致性能瓶颈和代码实现上的复杂度。(3)IO的观测结果通常是记录到文件中，会引入性能瓶颈。(4)缺乏全局的分析工具，只能看到单个IO的时延分布情况，无法查看一段时间内的性能曲线。

仅此，需要一种能够克服以上缺陷的适用于SPDK的全链路追踪方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有IO全链路追踪方案中存在技术瓶颈，为此，本发明提出了一种用户态存储系统的全链路追踪装置。

针对上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

本发明一些实施例提供一种用户态存储系统的全链路追踪装置，包括：

全链路追踪库，配置有数据接口和环形缓冲区，所述数据接口用于与所述用户态存储系统进行交互，对输入输出进程数据进行调用，为每一所述输入输出进程数据分配跟踪记录以及与跟踪记录对应的记录标记；所述环形缓冲区用于将所述输入输出进程数据的跟踪记录和对应的记录标记作为追踪数据进行存储；

全链路解析工具模块，获取所述环形缓冲区中的所述追踪数据，对所述追踪数据进行解析得到与所述输入输出进程数据对应的全链路追踪结果并进行显示。