[發(fā)明專利]一種用于固態(tài)存儲設(shè)備的閃存轉(zhuǎn)換層控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710042136.2
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106802777A
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 樊凌雁;袁志東;何宏;梅岳輝
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G06F3/06
• 分類號: G06F3/06;G06F12/1009
• 代理公司: 北京中政聯(lián)科專利代理事務(wù)所(普通合伙)11489
• 代理人: 吳建鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及存儲技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于固態(tài)存儲設(shè)備的閃存轉(zhuǎn)換層控制方法。

背景技術(shù)

隨著半導體技術(shù)的進步，閃存容量越來越大，價格也卻越來越便宜，固態(tài)硬盤SSD在越來越多的領(lǐng)域取代以磁帶為媒介的傳統(tǒng)機械硬盤(HDD)。固態(tài)硬盤與機械硬盤最大的區(qū)別在于，固態(tài)硬盤中沒有任何機械部件。所以，相比傳統(tǒng)硬盤，固態(tài)硬盤具有更低的延時和能耗，更快的數(shù)據(jù)處理速度，更好的抗震性能，更高的可靠性和耐用性。

固態(tài)硬盤的存儲器件采用的是閃存，NAND型閃存具有以下幾個特點：

①讀寫基本單位是以頁(Page)為單位，擦除是以塊(Block)為單位；頁的大小為nKB(KB單位為1024字節(jié))，n通常等于2，4，8或16。每塊包含m頁，m通常為64，128或者256。

②每個物理塊，必須先擦除后，才能夠?qū)懭霐?shù)據(jù)。

③每個塊有一定的壽命，即擦除次數(shù)是有限的。舉例來說，對于SLC(Single Level Cell)Flash，即單邏輯單元閃存，壽命為10,00,00次；而對于MLC(Multi-Level Cell)Flash,典型壽命為1500-3,000次。

基于閃存的上述特點，在固態(tài)硬盤中引入了閃存轉(zhuǎn)換層FTL，用于對閃存進行存儲控制。比如，F(xiàn)lash寫數(shù)據(jù)只能將1寫為0，擦除數(shù)據(jù)是將所有數(shù)據(jù)都寫為1，因此如果在已經(jīng)有數(shù)據(jù)的Flash上寫入新的數(shù)據(jù)，則必須先是整塊擦除(所有存儲為全部為1)，然后再寫入新數(shù)據(jù)。這也決定了做適合讀寫SSD的最小單元是Page。在過去的機械硬盤時代，操作系統(tǒng)認為磁盤是一連串扇區(qū)(Sector,包含512Byte存儲空間)，這是對硬盤操作的最小單位。這一系列的物理特性的限制，要求FTL承擔向下兼容的特性。FTL位于文件系統(tǒng)和物理介質(zhì)之間，把Flash的操作習慣虛擬成以傳統(tǒng)硬盤的512Byte扇區(qū)進行操作。操作系統(tǒng)就可以按照傳統(tǒng)的扇區(qū)方式操作，而不用擔心之前說的擦除/讀/寫問題。一切邏輯到物理的轉(zhuǎn)換，都由FTL來完成，如圖1所示。

FTL層負責將上層文件系統(tǒng)的讀寫請求轉(zhuǎn)換成閃存物理層面的讀寫操作命令，同時，依據(jù)閃存的操作特點完成相應(yīng)的管理。FTL算法，特別是它對應(yīng)的閃存映射表FMT(Flash Mapping Table)機制，是影響固態(tài)硬盤性能高低的關(guān)鍵所在。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)映射方式采用塊映射和頁映射。隨著閃存頁面的增大，頁映射和塊映射在隨機讀寫上的速度的不足顯現(xiàn)出來。頁映射是將邏輯頁映射到Flash中的任何一個物理頁(Physical Page)。如果把邏輯區(qū)塊地址(Logical Block Address，LBA)切割成很多以物理頁大小為單位的操作單元，該映射算法在物理頁小于或等于4KB的時候，管理的靈活度高，垃圾回收負載小。但是隨著工藝的提升，F(xiàn)lash的物理頁逐漸增大，目前主流基本為16KB的物理頁，并有擴大到32KB的趨勢。當物理頁大于4KB的時候，隨機寫入小文件(通常IOPS的測量是基于4KB大小的隨機數(shù)據(jù)塊)，將會導致一個物理頁只用掉4KB空間，剩余的物理頁空間補充其他數(shù)據(jù)，這時候?qū)懭敕糯骔A(Write Amplification)系數(shù)就會變大，隨著物理頁大小的增大這種算法的劣勢會越來越大。顯然，按照這樣子簡單的映射方法是無法滿足寫入速度的要求的，同時，也大大消耗了閃存的“壽命”。

故，針對目前現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，實有必要進行研究，以提供一種方案，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，確有必要提供一種用于固態(tài)存儲設(shè)備的閃存轉(zhuǎn)換層控制方法，從而能夠改善隨機讀寫的速度，并提高閃存的使用壽命。

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種用于固態(tài)存儲設(shè)備的閃存轉(zhuǎn)換層控制方法，包括以下步驟：

步驟S1：在閃存轉(zhuǎn)換層(FTL)中設(shè)置最小管理單元，且N個最小管理單元剛好構(gòu)成一個閃存物理頁的空間，其中，N為大于0的正整數(shù)；

步驟S2：邏輯地址和物理地址之間以最小管理單元來進行映射；

步驟S3：FTL為每個最小管理單元數(shù)據(jù)給予一個地址標識進行管理；

步驟S4：當主機寫入數(shù)據(jù)時，等待連續(xù)寫入數(shù)據(jù)達到一個完整的閃存物理頁空間后，再一次性寫入一個完整的空白閃存物理頁。

優(yōu)選地，所述步驟S3中，在閃存映射表(FMT)中為每個最小管理單元數(shù)據(jù)設(shè)置一個獨立的地址碼。

優(yōu)選地，所述最小管理單元采用4KB存儲容量。