[發明專利]一種固態盤的緩存管理方法

有效

• 申請號: 201310096798.X
• 申請日: 2013-03-25
• 公開（公告）號: CN103136121A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 宋振龍;魏登萍;李瓊;郭御風;肖立權;周恩強;董勇;黎鐵軍;李元山;胡積平;謝徐超;王燁琛;李旭言
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G06F12/08
• 分類號: G06F12/08
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 趙洪;譚武藝

1.一種固態盤的緩存管理方法，其特征在于實施步驟如下：

1）預先在固態盤的緩存中建立用來存儲緩存數據的頁緩存和用來存儲替換塊的替換塊緩存，然后在固態盤的緩存中建立新頁鏈表、物理塊鏈表、物理頁狀態表；新頁鏈表用于記錄頁緩存中的待寫入固態盤的邏輯頁號；物理塊鏈表用于記錄頁緩存中的邏輯頁所對應的物理塊號的信息，物理塊鏈表中的每一個結點為一個用于記錄該物理塊內所有帶有數據及有效標識位的“臟”頁的“臟”頁鏈表；物理頁狀態表用于記錄固態盤中每個物理頁的數據“有效”、“失效”、“干凈”三者之一的狀態信息；

2）接收來自主機的IO請求，如果IO請求為讀請求則跳轉執行步驟3）；如果IO請求為寫請求則跳轉執行步驟4）；

3）優先讀取頁緩存中的邏輯頁，當頁緩存未命中時，通過FTL從固態盤上讀取邏輯頁，且將邏輯頁數據存入頁緩存，更新物理塊鏈表的“臟”頁鏈表并將所述邏輯頁對應物理頁的狀態標記為“有效”；最終將邏輯頁數據返回給主機并跳轉執行步驟2）；

4）判斷寫請求的邏輯頁是否在頁緩存中命中，當在頁緩存命中時，將邏輯頁存入頁緩存，更新物理塊鏈表的“臟”頁鏈表，并將所述邏輯頁對應物理頁的狀態標記為“失效”，將寫入完成結果返回給主機并跳轉執行步驟2）；當在頁緩存未命中時進一步判斷頁緩存是否有空閑空間，當頁緩存未命中且頁緩存有空閑空間時，查詢物理頁狀態表獲取寫入邏輯頁對應物理頁的狀態，如果狀態為“有效”，則將邏輯頁存入頁緩存，更新物理塊鏈表的“臟”頁鏈表，在物理頁狀態表中將所述邏輯頁對應物理頁的狀態修改為“失效”，如果狀態為“干凈”則添加到新頁鏈表，最終將寫入完成結果返回給主機并跳轉執行步驟2）；當在頁緩存未命中且頁緩存無空閑空間時，跳轉執行步驟5）；

5）初始化設置變量“有效”頁數量的值為0；從物理塊鏈表的表尾向表頭遍歷每一個“臟”頁鏈表，對每一個“臟”頁鏈表從表尾向表頭遍歷每一個“臟”頁，根據有效標識位判斷當前“臟”頁是否有效，若有效則釋放頁緩存的相應邏輯頁并刪除“臟”頁鏈表中的相應結點，將“有效”頁數量加1，判斷“有效”頁數量等于預設數值是否成立，若成立則跳轉執行步驟7）；若當前“臟”頁的有效標識位為“失效”，則判斷下一個“臟”頁的有效標識位；當所有“臟”頁遍歷完成以后，判斷“有效”頁數量是否為0，若為0則轉步驟6）；若“有效”頁數量不為0，則跳轉執行步驟7）；

6）首先將物理塊鏈表后一半的物理塊作為候選替換塊，查找物理頁狀態表獲取各個候選替換塊中狀態信息為“失效”的失效頁數量和狀態信息為“有效”的有效頁數量，通過失效頁數量除以有效頁數量計算每一個候選替換塊的失效比率，比較各個候選替換塊的失效比率，選取失效比率最大的候選替換塊作為替換塊，將替換塊中的頁按照頁內偏移位置寫入替換塊緩存，將該替換塊內的有效頁預讀到替換塊緩存中，釋放這些頁在頁緩存中所占的空間；判斷替換塊緩存是否寫滿，若替換塊緩存已滿，則跳轉執行步驟7）；若替換塊緩存未滿，則遍歷替換塊的每一個頁判斷當前頁是否有數據，若當前頁有數據，則跳轉下一頁的判斷處理，若當前頁無數據，則判斷新頁鏈表的表尾是否指向頁緩存中的某一個邏輯頁，若表尾指向頁緩存中的邏輯頁則將數據寫入替換塊中的當前頁并刪除新頁鏈表中的相應頁、釋放該頁在頁緩存中的空間，并返回遍歷替換塊的下一個頁直至遍歷完成；若當前頁無數據，則跳轉執行步驟7）；

7）將替換就緒的消息發給塊寫入模塊，釋放頁緩存中替換塊中的頁所占的空間，返回執行步驟4）。