[發(fā)明專利]基于固態(tài)存儲介質的數(shù)據(jù)實時跟蹤存儲系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210342895.8
• 申請日: 2012-09-14
• 公開（公告）號: CN102866956A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設計）人: 陽學仕;周溱
• 申請（專利權）人: 上海寶存信息科技有限公司
• 主分類號: G06F12/06
• 分類號: G06F12/06;G06F3/06
• 代理公司: 上海金盛協(xié)力知識產(chǎn)權代理有限公司 31242
• 代理人: 王松

技術領域

本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)存儲技術領域，涉及一種存儲系統(tǒng)，尤其涉及一種基于固態(tài)存儲介質的數(shù)據(jù)實時跟蹤存儲系統(tǒng)；同時，本發(fā)明還涉及一種基于固態(tài)存儲介質的數(shù)據(jù)實時跟蹤存儲方法。

背景技術

固態(tài)數(shù)據(jù)存儲技術，尤其是基于閃存(NAND?Flash)的數(shù)據(jù)存儲技術在過去十幾年發(fā)展迅速。在移動應用和高性能計算系統(tǒng)中逐漸取代了基于磁記錄的硬盤(Hard?disk?drive)成為主流的存儲系統(tǒng)。

閃存的結構從上級至下級可分為目標單元Target，邏輯單元LUN(logic?unit?number),平面Plane,物理塊Block,和物理頁page。一個Target可包含一個或多個LUN；圖1展示了一個NAND的系統(tǒng)結構。

一個LUN通常由2個或4個Plane組成；一個Plane由多個block組成（如4096block）而一個block由多個page組成（如256page）。圖2描述了一個LUN的內部架構。圖3揭示了閃存陣列數(shù)據(jù)結構。

閃存的一大特性是其不可重寫性：保存在閃存中的一物理頁(page)數(shù)據(jù)必需要經(jīng)過其頁面所在的整個物理塊(block)擦除之后才可以寫入新的數(shù)據(jù)。為了使基于閃存的存儲系統(tǒng)兼容傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲讀寫協(xié)議，基于閃存的存儲系統(tǒng)需要閃存控制器通過FTL(Flash?Translation?Layer,閃存轉換層)實現(xiàn)對閃存的管理。FTL層的典型結構如圖4中所示。閃存轉換層(FTL)主要由地址映射分配表、垃圾回收單元和磨損均衡單元組成。FTL把閃存當作一日志設備完成如下功能：

1.分配物理頁面地址(PPA:physical?page?address)給新的邏輯數(shù)據(jù)頁面(LPA：logical?page?address),并在地址映射表中存儲其對應的PPA地址。

2.分配新的物理頁面地址PPA給需要更新的邏輯數(shù)據(jù)頁面,并在映射表中更新其物理地址。

3.將該數(shù)據(jù)更新前存放的物理頁面標記為無效(invalid?or?outdated)，從而該頁面(page)所在的塊(block)在將來可以被FTL重新擦除回收，既垃圾回收（GC：Garbage?Collection）。在垃圾回收時，被回收的塊中仍然有效的數(shù)據(jù)頁面將被拷貝到新的物理頁面。當拷貝完成之后，該塊中的所有頁面都成為無效數(shù)據(jù)，因此整個數(shù)據(jù)塊可以擦除之后再重新利用。

4.為防止某些物理塊（block）被過度使用而造成系統(tǒng)失效（閃存的物理塊擁有有限的擦除讀寫次數(shù),如5000次），F(xiàn)TL應用磨損均衡(WL:wear?leveling)使得整個設備中的物理塊使用程度平均，以最大化系統(tǒng)使用壽命。

由上可見在基于閃存的固態(tài)存儲器可能存在同一邏輯頁面的多份拷貝。在這多份拷貝中，除了最新寫入（主機更新寫入或是GC/WL寫入）的數(shù)據(jù)是有效的外，其它的拷貝都應該是無效的。FTL的任務之一便是能準確地跟蹤定位對LPA唯一有效的PPA，并能盡可能地減少無效或者說已失效拷貝的數(shù)量達到充分利用存儲空間的目的。

在實現(xiàn)LPA到PPA的映射表時，最直接的方法是將映射表存儲在RAM中而在系統(tǒng)關機時將映射表備份存儲在閃存介質中。這一方案有兩個缺陷：

（1）隨著存儲器容量的增加，映射表所需的存儲量也相應增加。在更新后存儲映射表的相應負荷也加大，需要占用很多的存儲空間。

（2）在突發(fā)斷電的情況下，如果映射表未能保存則有可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失或錯誤現(xiàn)象。

另一方案是對每一個LPA寫入時加入時間信息(time?stamp)使得系統(tǒng)能夠唯一識別最新的數(shù)據(jù)。而這一種做法的缺陷是這些唯一的時間信息占用非常多的存儲空間使得存儲效率大幅度減低。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是：提供一種基于固態(tài)存儲介質的數(shù)據(jù)實時跟蹤存儲系統(tǒng)，可利用最小化的系統(tǒng)資源實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的準確定位，并能夠在最大程度上減小突發(fā)情況下（如系統(tǒng)掉電）丟失數(shù)據(jù)的可能性。

此外，本發(fā)明還涉及一種基于固態(tài)存儲介質的數(shù)據(jù)實時跟蹤存儲方法，可利用最小化的系統(tǒng)資源實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的準確定位，并能夠在最大程度上減小突發(fā)情況下（如系統(tǒng)掉電）丟失數(shù)據(jù)的可能性。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種基于固態(tài)存儲介質的數(shù)據(jù)實時跟蹤存儲系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

存儲模塊，包括若干物理塊，用以存儲數(shù)據(jù)；

數(shù)據(jù)更新模塊，用以擦除物理塊中的數(shù)據(jù)，并向該物理塊中重新寫入數(shù)據(jù)；