[發明專利]用于SSD的多通道動態讀寫調度方法

有效

• 申請號: 201310096932.6
• 申請日: 2013-03-25
• 公開（公告）號: CN103135945A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 肖儂;陳志廣;盧宇彤;周恩強;劉芳;所光;謝旻;董勇;張偉
• 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: G06F3/06
• 分類號: G06F3/06
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 趙洪;譚武藝

技術領域

本發明涉及SSD(固態盤)內部的讀寫調度方法，具體涉及一種用于SSD的多通道動態讀寫調度方法。

背景技術

基于閃存的SSD(Solid?State?Drive，固態盤)是一種新型的大容量存儲設備。閃存的基本讀寫單位是頁(Page)。如果一個頁已經包含一份數據，當需要更新這份數據時，不能將新的數據直接寫到該頁上，因為已經包含數據的頁只有被擦除(Erase)之后才能再次寫入新的數據。擦除操作延遲很大，且擦除操作的基本單位是塊(Block)，一塊包含2ⁱ(64或128)個頁，不能因為一頁數據的修改就擦除整個塊。所以，對于SSD中的數據更新，通常的做法是將更新的數據寫到一個新的頁，如何選擇新的頁取決于SSD的寫調度策略。目前采用的調度方法主要有以下幾種：

1、考慮壽命的寫調度策略。閃存擦除操作的基本單位是塊，每個塊能擦除的次數是有限的。如果一塊的擦除次數超過限制，該塊內的數據出錯幾率變大，可能導致數據丟失。在SSD內部，所有塊的擦除次數應盡可能一致。如果一些塊因為擦除次數過多而損壞，SSD的總容量會減少。考慮壽命的寫調度策略就是在SSD的所有塊之間均勻的寫。具體做法是：主機端發出的寫請求到達時，SSD將數據優先寫到擦除次數最少的塊上。這種策略充分考慮了壽命問題，但不能兼顧讀寫延遲。例如，這種策略可能將多個寫請求調度到同一塊閃存芯片上，導致這些寫請求排隊等待，從而增大寫延遲。

2、通道間的輪轉調度策略。為了避免寫請求的排隊等待，可以將寫請求調度到不同的閃存芯片上，通道間的輪轉調度策略就是基于這一原理設計的。SSD包含多個通道，每個通道連接多塊閃存芯片。通道間的輪轉調度策略將寫請求依次調度到不同的通道上，寫請求之間不會相互影響。在一個通道內部，還可以采用考慮壽命的寫調度策略，優先將數據寫入該通道內擦除次數最少的塊上。這種調度策略可以避免寫請求之間的相互影響，但不能避免寫請求和讀請求之間的影響。如果一個通道正在響應讀請求，向該通道調度寫請求仍然會導致排隊等待。

3、空閑通道調度策略。空閑通道調度策略作進一步的改進，只向空閑的通道調度寫請求，盡可能避免寫請求之間、以及寫請求和讀請求之間的影響，但這種方法存在兩方面的缺陷。首先，由于一直向空閑的通道上調度寫請求，可能導致通道間寫入的數據量不均衡，一些通道上的塊過早的損壞，SSD容量減少。其次，不能完全消除寫請求對讀請求的影響。如果SSD向一個通道調度一個寫請求后，主機端隨后向該通道發送一個讀請求，讀請求不能調度到其它通道上，只能在該通道上排隊等待。由于寫操作延遲很大，且主機端的應用程序正在等待讀請求的數據，讀請求被阻塞會顯著增加應用程序的等待時間。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種各通道寫入均衡、SSD使用壽命長、寫請求對讀請求影響小、垃圾回收對讀請求影響小、讀延遲低的用于SSD的多通道動態讀寫調度方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種用于SSD的多通道動態讀寫調度方法，其實施步驟如下：

1)在SSD內預先配備一個基于DRAM的寫緩沖，在所述寫緩沖中初始化用于指定SSD當前通道的目標通道、用于記錄目標通道累計寫請求數目的寫請求計數器、用于緩存寫請求的地址和數據的FIFO隊列、用于記錄目標通道上讀請求的讀請求序列；

2)根據輪轉調度策略從SSD的多個通道中選擇一個目標通道，跳轉執行下一步；

3)接受主機端發送的讀寫請求，跳轉執行下一步；

4)判定讀寫請求的請求類型，如果請求類型為讀請求，跳轉執行步驟5)；如果請求類型為寫請求，跳轉執行步驟7)；

5)判定所述讀請求是否為指向目標通道的讀請求，若讀請求指向目標通道則跳轉執行步驟6)，否則將讀請求的數據從閃存芯片取出后直接返回給用戶，等待在下一個讀寫請求到來時跳轉執行步驟3)；

6)將讀請求記錄至目標通道的讀請求序列中，并將讀請求的數據從閃存芯片中讀出返回給用戶，等待在下一個讀寫請求到來時跳轉執行步驟3)；

7)將寫請求的地址和數據加入FIFO隊列中，跳轉執行下一步；

8)通過所述寫請求計數器將寫請求數目進行累加，跳轉執行下一步；

9)檢測寫請求數目是否大于指定閾值，如果大于指定閾值則跳轉執行步驟10)；否則等待在下一個讀寫請求到來時跳轉執行步驟3)；