[發明專利]聚集靜態數據的方法及其固態硬盤

有效

• 申請號: 201210008683.6
• 申請日: 2012-01-12
• 公開（公告）號: CN102609358A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 張星;張志青;張劉松;王猛
• 申請（專利權）人: 記憶科技（深圳）有限公司
• 主分類號: G06F12/02
• 分類號: G06F12/02
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 黃韌敏

技術領域

本發明涉及存儲技術領域，尤其涉及一種聚集靜態數據的方法及其固態硬盤。

背景技術

在大容量的SSD(solid?state?disk，固態硬盤)中，在DRAM(Dynamic?Random?Access?Memory，動態隨機存取存儲器)足夠的前提下，一般會采用頁映射作為地址映射方式。即用頁映射表記錄每個邏輯頁地址到物理頁地址的映射關系，并在SSD加電運行過程中，將頁映射表存儲在DRAM中；此外為了提高讀寫速度，采用多通道的并行讀寫技術，為此將SSD劃分成多個數據區，每個數據區對應一個讀寫通道。其中，每個數據區分為多個數據塊，每個數據塊分為多個數據頁。

參見圖1，該圖1表示了在上述描述的現有技術前提下，一個寫命令中的數據在經過閃存轉換層FTL(Flash?Translation?Layer，閃存轉換層)的地址解析之后，被寫入各個數據區不同數據塊的不同數據頁中。同時所述數據所占據的邏輯頁地址與其實際被寫入的物理頁地址的對應關系也被記錄在頁映射表中。在頁映射的管理時，如果當前的邏輯頁地址已經映射到某個物理頁地址，先要置當前物理頁地址無效，然后將所述邏輯頁地址映射到新的物理頁。即對邏輯頁地址進行“覆蓋寫”。

當多個邏輯頁地址被循環重復“覆蓋寫”后，會產生許多的無效物理頁，空閑塊也會減少。這時需要垃圾回收機制回收無效的物理頁。但是在一個數據塊中，并不是所有的數據頁都是無效的。所以在頁映射中，垃圾回收機制的選擇策略以貪心策略為主，選擇無效物理頁最多的數據塊。垃圾回收機制將選定的數據塊中的有效數據讀出，并寫入新的空閑的物理頁中。待被選定的數據塊中所有有效數據被寫入到新的物理頁，即目標數據塊的所有物理頁都變成無效后，將數據塊擦除，數據塊由此變成了空閑塊，并且擦除次數增加1。

另外，現有的一些靜態磨損均衡策略通過數據塊的某屬性值或多個屬性的綜合值作為靜態數據的衡量標準。由于使用數據塊的屬性值，所以這些靜態磨損均衡策略的最小操作單元是數據塊。例如，根據統計塊擦除次數判斷數據塊內存儲的是否為靜態數據。如果是靜態數據，就通過一個中間數據塊交換擦除次數最大和最小的兩個數據塊中的數據。

如上述的垃圾回收和靜態磨損均衡策略，一個數據塊要在相當長的一段時間內維持足夠多得有效數據頁數量，才能避免被垃圾回收選中，直到被損耗均衡識別成為靜態數據塊。這要求數據在寫入時，靜態數據以一種相對集中的方式聚集在數據塊中，而不是零散地散布在各個數據塊中。因為最小操作單元是數據塊，以數據塊的屬性代表整個塊內所有數據頁，所以數據塊內數據頁要保持高度的一致性。如上述圖1表述的地址解析的策略，從命令角度看，同一個命令的數據被寫入不同區的不同數據塊中。從數據塊角度看，一個數據塊中可能有分屬多個命令的數據。通常情況下，屬于同一個命令的數據的相關性比較強，一個數據塊內如果有分屬多個命令的數據，特別是隨機寫時，塊內數據所有數據頁就很難保持一致性，此時用數據塊的屬性表征塊內所有數據頁的屬性就不是很準確。

參見圖2，假設某一個數據區的數據塊A中有分屬于三個寫命令的數據，其中只有一份數據是靜態數據。在使用過程中，其它兩份數據所占據的邏輯地址很快被“覆蓋寫”，它們所占據的物理地址也被置為無效，數據塊A的有效數據頁數量就是那唯一的一份靜態數據，但是由于靜態數據比較少，不足以使數據塊A不被垃圾回收選中。被垃圾回收選中之后，數據塊A中有效的靜態的數據被搬移到新的數據塊B中，與其它有效數據組成一個新的數據塊。如果恰恰如圖2所示，數據塊B中也只有剛剛從數據塊A中搬移來的數據是靜態數據，那么與剛才情景類似，數據塊B也被垃圾回收選中，靜態數據再次被搬移到數據塊C。如此反復，直到這份靜態數據被搬移到一個數據塊N中，數據塊N中的靜態數據所占據的頁面數量足以避免數據塊N被垃圾回收選中。這份靜態數據才停止其漫長的旅行。圖2中有效數據頁經過長途的搬移后，達到數據塊N，數據塊N中灰色部分表示的多個靜態數據的存儲。

因此，由于損耗均衡識別靜態數據的顆粒度是數據塊，無法在更小的顆粒度——數據頁層面識別靜態數據，導致因多通道并行寫入而分散開的、零散的靜態數據無法再次被集中起來，被垃圾回收一次又一次的搬移，而這種搬移是不必要的，可以避免的。

綜上可知，現有的靜態數據的聚集技術在實際使用上，顯然存在不便與缺陷，所以有必要加以改進。

發明內容

針對上述的缺陷，本發明的目的在于提供一種聚集靜態數據的方法及其固態硬盤，以聚集固態硬盤中零散分布的靜態數據，避免了零散分布的靜態數據被垃圾回收而頻繁搬移，降低固態硬盤的寫放大。