[發明專利]一種軟件定義的固態盤融合存儲方法

有效

• 申請號: 201410051045.1
• 申請日: 2014-02-14
• 公開（公告）號: CN103777905B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 劉景寧;馮丹;童薇;張雙武;雷宗浩;余晨曄;羅銳;張建權
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06F3/06
• 分類號: G06F3/06;G06F12/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 朱仁玲

技術領域

本發明屬于計算機數據存儲領域，具體涉及一種軟件定義的固態盤融合存儲方法。

背景技術

近些年來，基于NAND?FLASH的固態盤飛速發展，已經逐漸取代傳統的機械硬盤。NAND?FLASH芯片制程工藝不斷提高，從2008年的25nm制程到現在的10nm制程，性能不斷提高。然而NAND?FLASH的磨損次數有限，小寫性能差，不支持原地修改等缺陷仍然限制了它的性能。

現有的基于NAND?FLASH的固態盤，基本上都是利用固態盤中的固件程序屏蔽NAND?FLASH的缺點，提供類似磁盤的塊設備接口供主機端使用。主機端完全把固態盤看成一個黑盒子，不管其物理特性而直接使用。雖然這是最簡單，也是最快的取代傳統機械硬盤的方法，但是這存在嚴重的缺點。例如，在主機端針對機械磁盤設計的IO調度算法將不適用于固態盤，針對機械磁盤設計的文件系統也將不適用于固態盤；由于NAND?FLASH的讀寫操作單位是Page（最小2KB）單位，傳統以磁盤扇區大小（512B）為單位的請求發送到固態盤中，導致在固態盤中需要額外的處理請求的合并與分發，降低了存儲速度；主機端無法獲取固態盤的物理特性、磨損狀況、使用信息，無法在文件的管理、地址空間的分配上進行性能優化。除此之外，由于固態盤的控制器需對NAND?FLASH進行缺點屏蔽和性能優化，占用了大量的嵌入式系統有限的資源，這是非常不劃算的，且因不知主機端數據的特點使得性能提升受限。因此需要重新考慮基于NAND?FLASH的固態盤的存儲結構設計，向主機暴露更多的物理特性及使用信息，使主機不能再完全把固態盤看成黑盒子，而看成一個灰盒子。

Fusion-io公司提出了一種VSL（Visual?Storage?Layer）層，同樣把固態盤看成灰盒子，把FTL（Flash?Translation?Layer閃存轉換層）放在主機端驅動程序下實現，獲取了很大的性能提高。但VSL是驅動程序與FTL的結合，實際上到達驅動程序層的IO請求已經不具備那么多的數據屬性，在驅動程序中不能有效的針對固態盤的物理特性做優化，并且文件系統層仍然是無法獲得固態盤的物理特性及磨損狀況等統計信息，限制了固態盤的性能提升。

目前除了上述的高性能的NAND?FLASH存儲芯片，新型的非易失存儲芯片的發展也非常快，特別是PCM（Phase?Change?Memory，相變存儲器），現在美光公司已經生產有1GB大小的PCM存儲芯片。PCM相對于NAND?FLASH有很多優勢，最特突出的就是PCM支持以字節為單位的讀寫操作，讀寫速度相對NAND?FLASH要快，同時PCM寫之前不需要擦除，并且具有更多的可磨損次數。目前PCM還處于研究階段，關于PCM的研究基本都是用仿真的方法把PCM作為內存的替代或者與內存混合使用。特別是固態盤中，很多研究把PCM作為NAND?FLASH的緩存使用，但是這并不能充分發揮PCM的性能優勢來彌補NAND?FLASH的性能缺點。

發明內容

鑒于此，本發明的目的是在主機端實現對NAND?FLASH的性能優化以及PCM與NAND?FLASH融合的存儲管理，來提高固態盤的整體性能；同時，利用PCM優秀的性能彌補NAND?FLASH的性能缺點，提高固態盤讀寫性能以及使用壽命。

本發明提出一種軟件定義的固態盤融合存儲方法，其中，在基于NAND?FLASH的固態盤中融合相變存儲器（PCM），所述方法包括以下步驟：

（1）開機時從固態盤PCM固定區域讀取PCM地址映射表和FLASH地址映射表到主機內存中，同時在主機內存中開辟一段固態盤的緩存區，當主機有訪問固態盤的請求Q(lsn,size,op,data)時，首先獲取Q.lsn和Q.size，根據Q.lsn以及Q.size判斷請求Q訪問的數據是否在緩存區中，其中，lsn是邏輯地址，size是請求大小，op是讀寫標志，data是數據在主機內存中的地址，即主機端的數據目的地址或源地址，

如果命中，對于讀請求，把數據從緩存區中拷貝到data地址，對于寫請求，把data地址數據拷貝到緩存區中，轉入步驟（8）；如果沒命中，對于讀請求，轉入步驟（2），對于寫請求，如果緩存區沒有滿，直接把data地址處的數據拷貝到緩存區中，轉入步驟（8），否則進行緩存區替換更新操作，轉入步驟（3）；