[發(fā)明專利]一種存儲系統(tǒng)、固態(tài)硬盤和數(shù)據(jù)存儲方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710527793.6
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107479825A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發(fā)明（設計）人: 嚴海霞;楊鵬;寇大楷
• 申請（專利權）人: 華為技術有限公司
• 主分類號: G06F3/06
• 分類號: G06F3/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本申請涉及存儲技術領域，特別是一種存儲系統(tǒng)、固態(tài)硬盤和數(shù)據(jù)存儲方法。

背景技術

閃存陣列是指包含固態(tài)硬盤和控制器的存儲系統(tǒng)。固態(tài)硬盤包含多個擦除塊(英文：erase block)。控制器將接收的數(shù)據(jù)發(fā)送給固態(tài)硬盤存儲。除了數(shù)據(jù)本身之外，控制器在處理各種操作請求的過程還會生成這些數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)。元數(shù)據(jù)是指管理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。同樣的，控制器也需要將元數(shù)據(jù)發(fā)送給固態(tài)硬盤進行持久化存儲。

控制器將數(shù)據(jù)以及元數(shù)據(jù)發(fā)送給固態(tài)硬盤之后，固態(tài)硬盤按照其接收的時間順序依次將這些數(shù)據(jù)以及元數(shù)據(jù)寫入一個或多個擦除塊中。那么，對于一個擦除塊而言，它既保存有數(shù)據(jù)也保存有元數(shù)據(jù)。通常情況下，數(shù)據(jù)被訪問修改的頻率遠低于元數(shù)據(jù)被訪問修改的頻率，因此元數(shù)據(jù)變成無效數(shù)據(jù)的可能性大于數(shù)據(jù)變成無效數(shù)據(jù)的可能性。當一個擦除塊中的元數(shù)據(jù)變成無效數(shù)據(jù)后，這個擦除塊所包含的數(shù)據(jù)很可能仍然是有效數(shù)據(jù)。在固態(tài)硬盤進行垃圾回收時，就需要將這個擦除塊中的有效數(shù)據(jù)復制到其他空白擦除塊。那么，這些有效數(shù)據(jù)實際上是被再次寫入固態(tài)硬盤的擦除塊中，由此，造成了固態(tài)硬盤的寫放大問題。

發(fā)明內容

本申請?zhí)岢隽艘环N存儲系統(tǒng)和數(shù)據(jù)存儲方法，可以減少固態(tài)硬盤內部的寫放大的次數(shù)。

本申請第一方面提供了一種存儲系統(tǒng)，包括控制器和固態(tài)硬盤。其中，固態(tài)硬盤包括多個擦除塊。這些擦除塊可以分為至少兩個集合，其中第一擦除塊集合包括一個或多個擦除塊，專用于存儲數(shù)據(jù)；第二擦除塊集合包括一個或多個擦除塊，專用于存儲元數(shù)據(jù)。第一擦除塊集合所包含的擦除塊和第二擦除塊集合所包含的擦除塊不重合。所述控制器用于向所述固態(tài)硬盤發(fā)送數(shù)據(jù)以及該數(shù)據(jù)的第一邏輯地址，第一邏輯地址是所述控制器為該數(shù)據(jù)分配的，屬于第一地址區(qū)間的子集。另外，所述控制器還用于向所述固態(tài)硬盤發(fā)送元數(shù)據(jù)以及該元數(shù)據(jù)的第二邏輯地址，第二邏輯地址也是所述控制器為該元數(shù)據(jù)分配的，屬于第二地址區(qū)間的子集。所述固態(tài)硬盤接收所述數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)以及第一邏輯地址、第二邏輯地址之后，識別出第一邏輯地址和第二邏輯地址屬于不同的地址區(qū)間后，將數(shù)據(jù)寫入第一擦除塊集合，將元數(shù)據(jù)寫入第二擦除塊集合。

上述存儲系統(tǒng)將數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)分開存儲到不同的擦除塊中，那么，對于一個擦除塊而言，要么存儲數(shù)據(jù)，要么存儲元數(shù)據(jù)，不能既存儲數(shù)據(jù)又存儲元數(shù)據(jù)。當這個擦除塊中存儲的是元數(shù)據(jù)時，這些元數(shù)據(jù)變成無效數(shù)據(jù)的概率較高，那么垃圾回收時可以直接對這個擦除塊執(zhí)行擦除操作，無需復制有效數(shù)據(jù)。當這個擦除塊存儲的是數(shù)據(jù)時，由于數(shù)據(jù)變成無效數(shù)據(jù)的概率較低，那么垃圾回收時可以不對這個擦除塊執(zhí)行擦除操作，保留其存儲的有效數(shù)據(jù)。因此無論這個擦除塊存儲的是元數(shù)據(jù)還是數(shù)據(jù)，都可以減小寫放大。

第一方面的第一種實現(xiàn)方式中，所述控制器位于所述固態(tài)硬盤的外部，不同于所述固態(tài)硬盤內部的控制器。

第一方面的第二種實現(xiàn)方式中，所述固態(tài)硬盤會在所述控制器分配邏輯地址之前向所述控制器發(fā)送一段邏輯地址區(qū)間，所述控制器將所述邏輯地址區(qū)間劃分為第一地址區(qū)間和第二地址區(qū)間。為了讓固態(tài)硬盤能夠根據(jù)邏輯地址所屬的地址區(qū)間識別出數(shù)據(jù)的屬性，所述控制器還可以將所述第一地址區(qū)間和第二地址區(qū)間反饋給固態(tài)硬盤。由此，控制器和固態(tài)硬盤能夠統(tǒng)一對地址區(qū)間的理解。

第一方面的第三種實現(xiàn)方式中，所述控制器包括存儲器，所述存儲器分為第一區(qū)域和第二區(qū)域，第一區(qū)域用于存儲數(shù)據(jù)，第二區(qū)域用于存儲元數(shù)據(jù)。這種劃分可以是邏輯上的，也可以是物理上的。按照這種方式，控制器可以根據(jù)獲得一個數(shù)據(jù)的區(qū)域識別出這個數(shù)據(jù)的屬性是數(shù)據(jù)還是元數(shù)據(jù)，由此對其分配相應的邏輯地址。

第一方面的第四種實現(xiàn)方式中，給數(shù)據(jù)設置數(shù)據(jù)標簽，所述數(shù)據(jù)標簽用于指示所述數(shù)據(jù)的屬性是數(shù)據(jù)；給元數(shù)據(jù)設置元數(shù)據(jù)標簽，所述元數(shù)據(jù)標簽用于指示所述元數(shù)據(jù)的屬性是元數(shù)據(jù)。因此，控制器可以直接根據(jù)標簽對屬性進行識別，由此對數(shù)據(jù)或者元數(shù)據(jù)分配相應的邏輯地址。

第一方面的第五種實現(xiàn)方式中，所述固態(tài)硬盤還用于執(zhí)行垃圾回收。具體的，當預設的垃圾回收的條件滿足時，掃描所述固態(tài)硬盤所包含的擦除塊，將擦除塊中的有效數(shù)據(jù)復制到空白的擦除塊中。然而，對于第一擦除塊集合，由于元數(shù)據(jù)被改寫的概率較高，在執(zhí)行垃圾回收時，第一擦除塊集合所包含的擦除塊中存儲的元數(shù)據(jù)都變成了無效數(shù)據(jù)，因此可以直接擦除這些擦除塊，而不需要在擦除之前對其包含的有效數(shù)據(jù)進行復制。

本申請第二方面提供了一種固態(tài)硬盤，具有第一方面提供的存儲系統(tǒng)中由固態(tài)硬盤實現(xiàn)的功能。