[發明專利]具有混合E區的瓦寫磁記錄裝置

在審

• 申請號: 201310131491.9
• 申請日: 2013-03-04
• 公開（公告）號: CN103295594A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: D·R·霍爾
• 申請（專利權）人: HGST荷蘭公司
• 主分類號: G11B5/31
• 分類號: G11B5/31;G11B5/012
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 黃劍飛

技術領域

本發明涉及數據存儲裝置架構的領域，尤其涉及瓦寫磁記錄(SMR)裝置。

背景技術

具有磁介質的傳統盤驅動器以彼此間隔開的同心磁道來組織數據。瓦寫概念是一種垂直磁記錄形式，并被描述為一種提高磁記錄的面密度的方式。在瓦寫磁記錄(SMR)介質中，相鄰磁道的區(帶)被寫入以便覆蓋一個或多個先前已經寫了的磁道。與傳統的能夠以任意順序進行寫操作的分離磁道不同，瓦磁道必須按順序進行寫操作。盤表面的磁道被編組為多個瓦疊區(也稱為I區)。I區的瓦寫方向可以從內直徑(ID)到外直徑(OD)或者從OD到ID。在同一表面上，也可采用兩個環帶(zone)在大概中間直徑點相接的方式從兩個方向在盤上進行瓦疊(shingle)。一個區中瓦疊在一起的磁道的數量是瓦寫的一個重要參數。一旦以瓦疊結構進行寫操作，不能就地(in?place)更新單個磁道，因為這樣會重寫并損壞重疊磁道中的數據。因此，從用戶的觀點看，瓦寫數據磁道有時認為類似只用于拼接(oppend-only)的日志(log)。為了改善SMR驅動器的性能，磁介質的一部分被分配作為一個或多個所謂的“異常區”(E區)，其被用作用于最終被寫到I區的數據的外級區域(staging?area)。有時E區被認為是E高速緩沖存儲器。由于SMR驅動中的大部分數據都期望被按順序存儲在I區中，當前未被存儲在I區中的記錄數據可被認為順序I區存儲的異常。如果收到隨機順序寫的指令，它們通常按收到的順序存儲在盤的E區。

Sanvido等人(2011年6月21日)的美國專利US7965465描述了應用高速緩沖存儲器在必須按順序進行寫操作的SMR盤存儲器的瓦疊塊中更新記錄的技術。

瓦寫存儲裝置的內部架構中的間接地址(address?indirection)有利于將主機與SMR關聯的復雜性隔離開。傳統的主機文件系統在命令中使用邏輯塊地址(LBAs)來讀取或寫入數據塊，不考慮存儲裝置內部使用的實際位置(物理塊地址(PBA))。數十年來，硬盤驅動器已經具備了一定水平的LBA-PBA間接，其尤其允許盤上的壞扇區被重映射到為此預留的好扇區。典型的，間接地址通常實現在驅動器架構的控制器部分中。所述控制器將主機命令中的LBAs轉換成內部物理地址或者能夠由其最終衍生出物理地址的中間地址。

用于缺陷映射傳統LBA-PBA不需頻繁變換。相反，在SMR驅動器中，邏輯塊地址(LBA)的物理塊地址(PBA)可能頻繁變換。間接系統提供主機LBAs和介質上當前物理地址之間的動態轉換層。在SMR系統中，由于系統動態地確定將要寫入的LBA的主機數據在介質上的物理地址，所述LBA-PBA映射可以根據每個寫操作改變。由于主機LBA被更新，同一LBA的數據下一次將被寫到不同的位置。另外，驅動器自主地在RAM的寫高速緩沖存儲器、盤的寫高速緩沖存儲器、盤的E區和盤的I區之間移動數據。無論驅動器把數據存儲在哪，所述數據的所述LBAs將保持不變。像碎片整理的后臺處理也由所述驅動器自主地執行，從而將數據扇區從一個PBA移動到另一個，同時LBA保持不變。

碎片整理是常用術語，用來描述重組文件或者數據庫系統中的記錄從而消除或者減少碎片的處理。在SMR?I區中，當記錄被更新或刪除時，通常稱之為無效的或者“過期(stale)”數據的小空閑空間的數量會增加。碎片整理處理物理地移動該記錄從而使其更連續，同時生成更大、更有用的空閑區域。DRAM通常應用在升級中，因為其允許將記錄有效分類到合適的序列。在SMR驅動器中，有效碎片整理是驅動器的整個性能中的重要因素。

發明內容

本發明的實施例包括SMR盤驅動器，除了盤上的磁介質E區之外，其還具備非易失性固態存儲器E區。固態存儲器和盤E區的組合被稱為混合E區。本發明實施例中，固態存儲器E區可被用于稱作降級(destaging)和/或升級(restaging)的操作。所述存儲器E區可用來使得多組異常記錄序列化(sequentialize)，從而降低在盤E區執行尋道上所花費的時間和能量(engergy)。固態存儲器E區的大小與盤上總的E區容量的比例可使用性能和成本之間的權衡(tradeoff)根據本發明這對被選擇的應用得以優化。例如，存儲器E區的大小為總的盤E區容量的10％的實施例相對于只有盤E區的實施方式可以獲得顯著的性能增強，并且相比只有NAND存儲器E區而言能獲得較低的成本。

在一實施例中，一組輸入的寫異常首先被存儲在固態存儲器E區，然后在被降級到盤E區之前重新排序。固態存儲器E區的使用允許進行重新排序，從而提高了序列性，并降低了將數據記錄提交到盤存儲器時所需的尋道。