[發明專利]應用于固態硬盤阻變存儲器緩存的損耗均衡方法

有效

• 申請號: 201510381641.0
• 申請日: 2015-07-02
• 公開（公告）號: CN104991743B
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 孫宏濱;代亮亮;王建校;鄭南寧
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F3/06
• 分類號: G06F3/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明屬于非易失性數據存儲技術領域，涉及一種應用于固態硬盤阻變存儲器緩存的損耗均衡方法。

背景技術

固態硬盤SSD系統中的DRAM主要用于數據緩存和固件程序運行，然而DRAM的漏電流大，需要不斷地刷新保證數據的正確性，產生的功耗大，并且突然掉電后導致數據丟失，由于非易失性存儲器(Non-Volatile Memory，NVM)功耗低，掉電后數據不丟失等優勢，現在越來越傾向于使用NVM取代SSD系統中的DRAM。

阻變存儲器(Resistive Random Access Memory，ReRAM)可擴展性好、讀寫速度快、存儲單元結構簡單、功耗低，ReRAM操作電流小，可以使用交叉陣列結構提高其存儲密度，而且與CMOS半導體技術相兼容，依據現有的芯片生產流程和制作工藝，可以很容易生產ReRAM，因此，ReRAM被認為是最具潛力的非易失性存儲器，并能取代固態硬盤SSD系統中的DRAM。

目前，ReRAM的壽命還不能達到日常使用需求，若在ReRAM同一個物理地址上頻繁更新數據會致使其磨損程度升高，從而發生數據存儲錯誤。損耗均衡是解決ReRAM中存在的這一問題而被廣泛采用的方法。然而，ReRAM緩存的操作以頁為單位，傳統上應用于閃存的損耗均衡方法在應用于ReRAM緩存時，需要記錄ReRAM緩存每個數據頁的寫次數，導致空間損耗大，查詢ReRAM緩存數據頁寫次數信息時，導致時間開銷大。針對以上問題，科研學者提出了很多針對新型非易失性存儲器的損耗均衡方法，但仍存在如下問題：第一，沒有針對性的移動數據，一個周期后移動的數據其物理地址損耗可能并不大，這樣會帶來額外的耗費；第二，在數據移動過程中，可能將數據從一個損耗很大的物理地址中移動到另外一個損耗很大的物理地址中；第三，冷熱邏輯地址的鑒別準確度不高。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種應用于固態硬盤阻變存儲器緩存的損耗均衡方法，方法能夠有效降低物理地址的耗費，同時冷熱邏輯地址的鑒別精度高。

為達到上述目的，本發明所述的應用于固態硬盤阻變存儲器緩存的損耗均衡方法包括以下步驟：

由冷熱數據鑒別機制鑒別寫請求對應的邏輯地址中的熱邏輯地址，并根據一個時間周期內的所有熱邏輯地址構建熱數據鏈，再利用緩存管理策略為熱數據鏈中命中的寫請求對應的邏輯地址分配更新的數據結點，同時通過快速定位查找方法查詢熱數據鏈中命中的寫請求的邏輯地址在ReRAM緩存中對應的數據結點所在位置。

根據一個時間周期內的所有熱邏輯地址構建熱數據鏈的具體操作為：在每個時間周期結束后，將該時間周期內的所有熱邏輯地址構成一個熱數據鏈，再將熱數據鏈鏈接到循環隊列尾指針指向的結點后，并將尾指針指向下一個結點，同時按照循環隊列的原理管理每個時間周期產生的熱數據鏈，然后除去循環隊列中的冗余熱邏輯地址。

除去循環隊列中的冗余熱邏輯地址的具體操作為：一個時間周期后遍歷查詢循環隊列中所有熱邏輯地址，判斷該時間周期產生的熱邏輯地址是否已經存在，若存在，則刪除熱數據鏈中查詢的熱邏輯地址，否則，則將該時間周期產生的熱邏輯地址作為熱數據鏈中的一員鏈接到循環隊列尾指針指向的結點后，當循環隊列已滿時，則在每個時間周期后刪除循環隊列首指針指向的結點的熱數據鏈，再去除該時間周期產生熱數據鏈中的冗余熱邏輯地址，然后再將該時間周期產生的熱數據鏈加入到循環隊列尾指針指向的結點后面，最后循環隊列尾指針指向下一個結點。

利用緩存管理策略為熱數據鏈中命中的寫請求對應的邏輯地址分配更新的數據結點的具體操作為：

查詢ReRAM緩存判斷寫請求是否命中，若未命中，則按照緩存管理策略分配一個ReRAM緩存結點給當前寫請求對應的邏輯地址，再將寫請求對應的邏輯地址存入到該ReRAM緩存內的結點中；若命中，則查詢熱數據鏈，當寫請求對應的邏輯地址在熱數據鏈中未命中時，則查詢寫請求對應的邏輯地址在ReRAM緩存中的結點位置，然后在查找到的ReRAM緩存中的結點位置更新寫請求對應的邏輯地址；當寫請求對應的邏輯地址在熱數據鏈中命中時，則通過快速定位查找方法定位寫請求對應的邏輯地址在ReRAM緩存中的結點位置，再采用緩存管理策略為本次寫請求對應的邏輯地址更新分配一個ReRAM緩存中的結點，然后將本次寫請求對應的邏輯地址更新到分配的ReRAM緩存中的結點處，并設置本次寫請求對應的邏輯地址在ReRAM緩存中對應的原結點無效，完成數據交換操作。

通過快速定位查找方法查詢熱數據鏈中命中的寫請求的邏輯地址在ReRAM緩存中對應的數據結點所在位置的具體操作為：