[發(fā)明專利]用于操作計算機化存儲器的方法和系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2012-05-18
• 公開（公告）號: CN102841849A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: I·伊利亞迪斯;G·謝呂比尼
• 申請（專利權(quán)）人: 國際商業(yè)機器公司
• 主分類號: G06F12/02
• 分類號: G06F12/02
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標事務(wù)所 11038
• 代理人: 金曉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于操作計算機化存儲器的方法、計算機程序產(chǎn)品和設(shè)備。

背景技術(shù)

固態(tài)存儲器設(shè)備包括可以將電子電路用于存儲數(shù)據(jù)的可改寫非易失性存儲器設(shè)備。目前，固態(tài)存儲器設(shè)備已經(jīng)開始在某些領(lǐng)域例如用于筆記本電腦或臺式電腦的大容量存儲應(yīng)用中代替常規(guī)存儲設(shè)備例如硬盤驅(qū)動器和光盤驅(qū)動器。也在研究將固態(tài)存儲器設(shè)備用于代替其他領(lǐng)域例如企業(yè)級存儲系統(tǒng)中的常規(guī)存儲設(shè)備。這是因為固態(tài)存儲器設(shè)備提供了出色的帶寬和優(yōu)異的隨機I/O(輸入/輸出)性能以及由于缺少可移動部件而帶來的很有價值的魯棒性。

但是，向固態(tài)存儲器設(shè)備例如閃存存儲器中寫入數(shù)據(jù)需要注意到閃存技術(shù)中的細節(jié)：NAND閃存存儲器以頁面和塊為單位組織。多個頁面構(gòu)成一個塊。盡管讀寫操作能夠應(yīng)用于頁面作為此類操作的最小單位，但是擦除操作只能應(yīng)用于整個塊。并且盡管在其他的存儲技術(shù)中過時數(shù)據(jù)可以簡單地重寫為新數(shù)據(jù)，但是閃存技術(shù)需要先進行擦除操作，然后才能將新數(shù)據(jù)寫入已擦除的塊。

閃存技術(shù)中的另一個細節(jié)是如今的閃存存儲器設(shè)備被限定為有限次數(shù)的編程擦除(PE)周期。閃存存儲器設(shè)備通常具有定義其PE周期最大次數(shù)的耐用規(guī)格。因此，寫入技術(shù)在被稱為“異地寫入”的應(yīng)用中是將新數(shù)據(jù)或更新數(shù)據(jù)寫入由自由頁面分配器提供的某些自由頁面，而不是將其寫入駐留有過時數(shù)據(jù)的相同頁面。包含過時數(shù)據(jù)的頁面被標記為無效頁面。通過這樣的手段，由于避免了在塊內(nèi)直接重寫數(shù)據(jù)所需的擦除循環(huán)，因此可以延長基于閃存的固態(tài)驅(qū)動器(SSD)并且還有日志結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)的預(yù)期壽命。

但是，可用的自由頁面可能會隨著時間而耗盡。閃存存儲器設(shè)備中的塊也可能由混合的有效和無效頁面占據(jù)。新的自由空間需要通過塊回收過程建立，塊回收過程也被稱為垃圾收集過程，該過程回收由過時數(shù)據(jù)也就是無效數(shù)據(jù)占據(jù)的空間。塊回收過程首先基于指定策略識別出要擦除的塊。然后，駐留在這種塊內(nèi)的有效數(shù)據(jù)被復(fù)制/重新定位到包含自由頁面的其他塊，并最后擦除目標塊以使它們變?yōu)榭捎糜谥貙憽?/p>

塊回收機構(gòu)引入了額外的讀寫操作，其范圍取決于具體部署的策略以及系統(tǒng)參數(shù)。這種額外的寫入也被稱作“寫入放大”現(xiàn)象。寫入放大將不利地影響SSD的壽命和耐用度，原因在于它會在別處生成遲早需要再次擦除的數(shù)據(jù)，并且它會降低閃存存儲器設(shè)備的整體性能。

閃存存儲器設(shè)備甚至可能會在僅消耗了其塊的一小部分時就停止工作。在此情況下，仍然可能有尚未使用或未充分使用的塊。損耗均衡算法確保擦除更加均勻地分布在閃存存儲器塊上。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的一種應(yīng)用，提供了一種用于操作計算機化存儲器的方法，其中存儲器被組織用于在存儲器的單元集合內(nèi)存儲數(shù)據(jù)。針對集合中的每一個單元確定損耗水平，并且在確定的損耗水平中識別出最大損耗水平。接收選擇用于數(shù)據(jù)擦除的一個或多個單元的推薦子集。在子集中識別出其損耗水平小于最大損耗水平的至少一個單元用于后續(xù)的數(shù)據(jù)擦除。識別步驟可以優(yōu)選地包括：如果子集中每一個單元的損耗水平都等于最大損耗水平，那么除非是集合中其他的每一個單元的損耗水平都等于最大損耗水平，否則就放棄將子集中的每一個單元選擇用于數(shù)據(jù)擦除。

在實施例中，所述方法可以包括以下的一種或多種特征：

-單元的損耗水平由過去應(yīng)用于單元的擦除次數(shù)表示；與一個單元相關(guān)聯(lián)的擦除次數(shù)在每一次擦除該單元后都增加；

-根據(jù)存儲在所述子集中所述一個或多個單元內(nèi)的數(shù)據(jù)特征推薦所述子集中的一個或多個單元以供選擇用于數(shù)據(jù)擦除；

-單元集合中的每一個單元都包括子單元的集合，并且根據(jù)所述子集的一個或多個單元中包含有效數(shù)據(jù)的子單元數(shù)量推薦所述子集中的所述一個或多個單元以供選擇用于數(shù)據(jù)擦除；

-識別步驟包括針對子集中的至少一個單元將所述單元的損耗水平與最大損耗水平相比較；

-所述子集包括多于一個單元，其中根據(jù)與子集中單元相關(guān)聯(lián)的不同于損耗水平的特征將子集中的單元排序，并且識別出子集中具有優(yōu)選特征且損耗水平小于最大損耗水平的至少一個單元用于后續(xù)的數(shù)據(jù)擦除；

-子集包括推薦供選擇用于數(shù)據(jù)擦除的單個單元；

-所述子集包括多于一個單元，并且子集中的這些單元被連續(xù)地考察用于后續(xù)的數(shù)據(jù)擦除；

-第一識別器根據(jù)與子集中單元相關(guān)聯(lián)的不同于損耗水平的特征識別出當前優(yōu)選的單元，并且第二識別器根據(jù)與子集中單元相關(guān)聯(lián)的損耗水平識別出當前優(yōu)選的選擇用于擦除的單元；

-單元集合中的每一個單元都包括子單元集合，并且其中第一識別器根據(jù)其包含有效數(shù)據(jù)的子單元數(shù)量識別出當前優(yōu)選的單元；