[發明專利]一種優化頁級閃存轉換層的方法

有效

• 申請號: 201611226952.0
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN106815152B
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 馮丹;李楚;王芳;華宇;周煒
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06F12/1009
• 分類號: G06F12/1009
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發明公開了一種優化頁級閃存轉換層的方法，屬于數據存儲領域。本發明利用SLC閃存支持部分寫的特性，采用原地日志寫的機制減少閃存映射頁訪問的開銷。該方法將閃存映射頁預留一小部分區域作為日志區。當閃存映射頁被更新時，將緩存中屬于該映射頁的所有臟映射條目構建為一個日志單元，并使用部分寫入機制追加寫到映射頁的日志區。當日志區寫滿或寫入次數超過一定閾值時，將閃存映射頁中的映射條目和日志區的條目進行合并操作，并寫入到新的閃存映射頁,此時新的映射頁中的日志區為空，可以接收新的映射頁更新操作并再次使用原地日志寫機制。本發明通過減少閃存映射頁訪問帶來的開銷，達到提高閃存固態盤的性能和壽命的目的。

技術領域

本發明屬于數據存儲領域，更具體地，涉及一種優化頁級閃存轉換層的方法。

背景技術

NAND閃存(Flash Memory)具有體積小、低功耗、高性能等優點，因此作為一種存儲介質被廣泛應用于嵌入式系統、筆記本電腦、數據中心等。閃存按照存儲密可以分為SLC(Single-Level Cell)，MLC(Multi-Level Cell)和TLC(Triple-Level Cell)等，其中SLC的性能和可靠性最高，因此被廣泛應用于企業級和工業級固態盤。然而，閃存介質本身也存在著一些獨特的限制，例如不支持覆蓋寫、讀寫操作按頁為單位執行，而擦除操作按塊執行(每個塊包含多個頁)、以及擦出次數有限等等。為了克服這些限制，閃存轉換層(FlashTranslation Layer,FTL)被用來管理閃存介質，使應用程序可以方便的對閃存介質進行傳統的基于塊的讀寫操作。

由于閃存頁不能直接覆蓋寫，而是需要先進行擦除。閃存的擦除操作時延較大，因此閃存轉換層通常會將被更新的數據寫到新的閃存頁，而將舊的閃存頁標記為無效頁。這就需要閃存轉換層能夠將存儲中的邏輯地址映射到閃存中的物理地址，這個過程被稱為地址轉換。隨著無效頁的增加，閃存中的空閑塊就會不斷變少，因此閃存轉換層需要進行垃圾回收，就是將塊中的有效頁拷貝到新的空閑塊，然后對舊的閃存塊執行擦除操作。地址轉換和垃圾回收對閃存的性能和壽命都起著關鍵的作用。

閃存轉換層中的地址映射按照粒度的不同，可以分為頁級映射、塊級映射、以及混合映射。對于頁級映射的閃存轉換層，每個邏輯頁可以靈活的映射到閃存中的任何物理頁，不僅能夠提高閃存物理塊的利用率，而且減小了垃圾回收的開銷，因此得到廣泛的應用。然而采用頁級映射會使得地址映射表過于龐大，出于性能成本效益以及能耗的考慮，現代的頁級閃存轉換層算法通常利用小容量的動態隨機存取存儲器(Dynamic Random AccessMemory，DRAM)或靜態隨機存取存儲器(Static Random Access Memory，SRAM)作為映射緩存，用來存放最近訪問的映射條目從而加速地址轉換過程。而整體的地址映射表則被持久化地存放在閃存中的物理頁之中，這些頁被稱為閃存映射頁。然而，緩存替換以及垃圾回收等操作會帶來大量的閃存映射頁讀取和更新操作，這些訪問不僅影響了固態盤的性能，而且會造成額外的擦除操作進而降低固態盤的壽命。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種優化頁級閃存轉換層的方法，其目的在于利用SLC閃存支持部分寫的特性，采用原地日志寫的機制減少閃存映射頁訪問的開銷，從而提高固態盤的性能和壽命。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種優化頁級閃存轉換層的方法，該方法包括以下步驟：

(1)當一個I/O請求到達時，在映射表緩存中查找該請求對應的閃存數據頁的物理地址，如果沒有在緩存中找到則進入步驟(2)，否則跳轉到步驟(13)；

(2)判斷緩存空間是否已滿，若是則進入步驟(3)，否則跳轉到步驟(9)；

(3)根據緩存置換算法選擇將要被逐出緩存的目標緩存單元，并判斷該緩存單元是否含有臟映射條目，若有則進入步驟(4)，否則進入步驟(8)；

(4)從全局映射目錄中查找臟映射條目所在的映射頁地址及映射頁內日志區的信息；