[發明專利]一種降低固態硬盤寫放大的方法

有效

• 申請號: 201410699002.4
• 申請日: 2014-11-27
• 公開（公告）號: CN104484283B
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 王猛;徐偉華
• 申請（專利權）人: 記憶科技（深圳）有限公司
• 主分類號: G06F12/06
• 分類號: G06F12/06
• 代理公司: 廣東廣和律師事務所44298
• 代理人: 董紅海

技術領域

本發明涉及信息存儲領域，尤其涉及一種降低固態硬盤寫放大的方法。

背景技術

固態硬盤(SSD)中，由于NAND Flash的特性，需要整個物理Page(以下簡稱PPA)進行編程，隨著Flash工藝的改變，Page Size從先前的4KB,逐步演變到現在的8KB,16KB，將來還可能更大，現代的存儲對于4KB大小為單位的數據的讀寫性能要求較高，所以SSD內部的都設有邏輯轉換層(FTL)，并且都以4KB大小的單元分配寫操作單元-邏輯頁(LPA)。

由于LPA到PPA的不等價性，當一次數據訪問的LPA數量無法剛好填充PPA時，實際數據訪問中無法剛好填充PPA的情形是占多數的，這樣FTL算法需要在剩余區域填充無效數據，實現對整個物理Page的編程。這種行為將導致SSD寫放大的產生并降低壽命。

另一方面，由于NAND Flash的特性，其物理頁面被編程后，在整個物理塊擦除前，對應的物理頁不可以再重新編程。對應的回收過程稱之為垃圾回收，其伴隨著非主機發起的數據遷移過程，類似碎片整理；非主機發起的數據遷移過程必然需要對Flash進行重新編程，這也必然引入寫放大，同時完成數據的遷移還需要額外的系統時間開銷，必然會影響到系統的響應速度。

發明內容

針對以上缺陷，本發明目的在于提出了如何降低LPA與PPA不對齊時導致通過填充無效數據引起的寫放大問題。

為了實現上述目的，本發明提供了一種降低固態硬盤寫放大的方法，其特征在于將垃圾回收的過程嵌入到正常的數據寫入過程，當SSD的當前數據訪問的LPA數量無法拆分為多個剛好填充PPA剛好滿足一個物理頁寫入操作時，對于剛好填充PPA部分的數據直接寫入實際的物理頁中；對于多出的部分先寫入物理頁寫入緩存，從待垃圾回收的物理塊中的查找有效數據，并遷移到物理頁寫入緩存與當前數據訪問的數據剛好組成一個PPA，剛好滿足一個物理頁寫入操作，將填充好的PPA的數據寫入實際物理頁中。

所述的降低固態硬盤寫放大的方法，其特征在于將填充好的PPA的數據寫入實際物理頁中后立即將已遷移走有效數據的待垃圾回收的物理塊進行擦除操作，并實現回收。

所述的降低固態硬盤寫放大的方法，其特征還包括待垃圾回收的物理塊索引表，所述索引表記錄待垃圾回收的物理塊中的各個PPA內還有多少個LPA的有效數據，當SSD的當前數據訪問的LPA數量無法剛好填充PPA剛好滿足一個物理頁寫入操作時，直接檢索所述的索引表，快速定位到需要遷走的有效數據。

本發明針對LPA與PPA不對齊導致的填充無效數據過程引入的寫放大的問題，將垃圾回收過程中的有效數據替代無效數據來減少寫放大，同時將垃圾回收的過程分散到各個具體寫操作中，在極小寫放大的同時提高了固態硬盤的響應速度和整體壽命。

附圖說明

圖1是PPA包含全部為有效數據的寫入示意圖；

圖2是PPA寫入數據不足的寫入示意圖；

圖3是通過垃圾回收填充PPA寫入數據不足的示意圖；

圖4是拼接垃圾回收區數據后的PPA寫入示意圖；

圖5是垃圾回收示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

圖1為PPA包含全部為有效數據的寫入示意圖；當主機寫入數據時，數據流按照LPA進行切分。切分為1到N+1分LPA，單個LPA內的數據邏輯地址是連續的。2個不同的LPA地址沒有關聯性。在數據寫入到NAND物理塊前，由“物理頁寫入緩存”對數據進行拼接，本實施例一個PPA包含4個LPA，當Host寫入數據湊滿一個PPA后，依次寫入后端NAND空白頁中，主機依次寫入每包含4個LPA的數據到物理塊中。

圖2為PPA寫入數據不足的寫入示意圖，當出現主機最后寫入數據LPA編號為N+1的數據時，不足一個PPA時，此時無法立即將有效數據寫入NAND物理頁，只能先將N+1的數據先移入物理頁寫緩存中。傳統做法是填充無效數據以滿足物理頁寫入需求。但這個做法使得NAND寫放大增加并且浪費了NAND使用壽命。