[發明專利]一種用于降低固態存儲讀延遲的操作方法

有效

• 申請號: 201611249020.8
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106708441B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 陳非歐
• 申請（專利權）人: 至譽科技（武漢）有限公司
• 主分類號: G06F3/06
• 分類號: G06F3/06
• 代理公司: 武漢智權專利代理事務所(特殊普通合伙) 42225
• 代理人: 胡娟

本發明公開了一種用于降低固態存儲讀延遲的操作方法，其特征在于：固件通過CPU向NAND控制器發送常規操作命令隊列，NAND控制器經過仲裁機制從命令隊列中取出命令，然后向NAND flash發送命令，并通過數據通路向NAND flash發送或者讀取數據，同時將固件此前向命令隊列發送的page寫操作或者page擦除操作的NAND介質的狀態和NAND控制器的狀態反饋給CPU，再通過Bypass命令隊列向NAND控制器發送讀操作。它通過固件和硬件結合的方式，加速讀操作的執行，用于解決NAND固態存儲設備讀操作數據響應的延遲過長的問題。

技術領域

本發明涉及固態存儲技術領域，尤其涉及一種用于降低固態存儲讀延遲的操作方法。

背景技術

在這個大數據迅速膨脹的時代，企業級存儲系統或者數據庫使用范疇中，對存儲設備的需求和各種要求也迅速提高。而其中主機對于存儲系統數據響應的要求尤為重要，這會直接影響到用戶數據的效率和整體設備的性能。因此，專門定義了最大響應時間和平均響應時間以及響應時間內讀寫操作分布百分比來對此做描述。NAND flash由于其大容量，低價格，可靠性強，使用環境要求很低而廣泛應用于存儲領域，特別是其低功耗，高性能，高穩定性而越來越被存儲系統廣泛接受和應用。然而，由于NAND介質的物理特征，自身又存在一些操作特點，例如基于物理塊的擦除，按照物理頁寫入數據，按照物理頁讀出數據，以及在這些特點之上帶來了物理塊擦除，物理寫入以及物理頁讀取的延遲等問題。

NAND flash操作中帶來的延遲問題特別是page寫入和page擦除，時間延遲動輒幾百個微秒甚至幾個毫秒的量級，這對于很多企業級存儲系統是不可容忍的，因此如何解決數據響應時間問題變得尤為重要。當主機向固態存儲設備發送寫操作時，一般設備會采用內置緩存的方式，將主機的寫數據寫入緩存中即向主機返回寫操作完成，然后再采用緩存管理和淘汰機制，將緩存中的有效寫數據寫入NAND flash介質中，這種機制可以有效地降低固態存儲設備返回給主機的寫延遲，解決了寫數據響應時間的問題。但是，對于讀操作的數據響應時間一直都沒有非常高效的解決方法。這是因為固態存儲設備讀操作面臨的讀延遲環境比較復雜，NAND flash的自身讀操作延遲為幾十微秒到上百微秒，僅僅只是介質的讀操作延遲，存儲系統主機還可以接受，但是，除此之外還會遇到固態存儲設備的控制器CPU繁忙需等待，或者遇到NAND介質正在進行page寫操作或者page擦除操作，或者前面有命令隊列需要等待等復雜環境。特別是如果是在某些極端情況下，有可能是復雜情況的疊加狀況也非常有可能的。因此，對于這些極端情況下，讀操作的延遲可能是幾十甚至上百毫秒的級別，這對于存儲系統將是致命的不可接受的結果。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足之處，而提供一種用于降低固態存儲讀延遲的操作方法。它通過固件和硬件結合的方式，用于解決NAND固態存儲設備讀操作數據響應的延遲過長的問題。

為了實現上述目的，本發明提供了一種用于降低固態存儲讀延遲的操作方法，其特征在于：固件通過CPU向NAND控制器發送常規操作命令隊列，NAND控制器經過仲裁機制從命令隊列中取出命令，然后向NAND flash發送命令，并通過數據通路向NAND flash發送或者讀取數據，同時將固件此前向命令隊列發送的page寫操作或者page擦除操作的NAND介質的狀態和NAND控制器的狀態反饋給CPU，再通過Bypass命令隊列向NAND控制器發送讀操作。

在上述方案的基礎上，在page寫操作或者page擦除操作正好完成時，固件通過Bypass命令隊列將讀命令發送至NAND控制器，NAND控制器經過仲裁機制優先執行Bypass命令隊列中的讀命令，從而加速讀操作的執行。

在上述方案的基礎上，所述固件通過計時器來判斷page寫或page擦除操作執行的時間，根據執行狀態的不同預設節點，在執行狀態未超過預設節點時，暫停或取消page寫操作或者page擦除操作的執行，在執行狀態超過預設節點時，等待page寫操作或者page擦除操作的執行。