[發(fā)明專利]存儲設(shè)備，以及對存儲設(shè)備中的多個固態(tài)驅(qū)動器之間的利用率進(jìn)行平衡的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710799740.X
• 申請日: 2017-09-07
• 公開（公告）號: CN109388337A
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: Y·克萊因;M·施納爾奇
• 申請（專利權(quán)）人: 東芝存儲器株式會社
• 主分類號: G06F3/06
• 分類號: G06F3/06
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 劉瑜;王英

存儲設(shè)備包括第一SSD、第二SSD和控制器。控制器能夠計算第一SSD的第一利用率參數(shù)和第二SSD的第二利用率參數(shù)。如果第一利用率參數(shù)小于閾值并且第二利用率參數(shù)超過該閾值，則控制器識別存儲在第一SSD上的要去除的數(shù)據(jù)范圍。從第一SSD中去除該數(shù)據(jù)范圍導(dǎo)致第一利用率參數(shù)超過該閾值。然后，控制器將來自第一SSD的數(shù)據(jù)范圍遷移到第二SSD。

相關(guān)申請

本申請基于并要求于2017年8月2日提交的美國非臨時專利申請15/667,109的權(quán)益；其全部內(nèi)容通過引用并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般涉及存儲設(shè)備，以及對存儲器中的多個固態(tài)驅(qū)動器之間的利用率進(jìn)行平衡的方法。

背景技術(shù)

基于閃存的存儲介質(zhì)，諸如在固態(tài)驅(qū)動器(SSD)中采用的存儲器件，包括以平面、塊和頁面為單位布置的閃存單元。每個平面包含多個塊，塊是能夠被擦除的最小單元。每個塊包含多個頁面，頁面是能夠以數(shù)據(jù)寫入的最小單元。在SSD中，存儲器控制器負(fù)責(zé)映射要寫入物理閃存頁的或要從物理閃存頁讀取的應(yīng)用數(shù)據(jù)的邏輯塊地址。

存儲介質(zhì)盤具有有限的使用壽命(其在使用壽命期間是可操作的)。硬盤驅(qū)動器(HDD)是隨著使用而磨損的機械設(shè)備，可能會意外地和災(zāi)難性地出故障。SSD通常具有HDD兩倍以上的壽命，但與HDD相比，它們的磨損方式不同。由于NAND閃存的特點，SSD的使用壽命由NAND閃存能夠承受的寫操作次數(shù)決定。寫操作也稱為編程/擦除(P/E)周期，因為只有在使用擦除存儲器命令去除先前存儲器內(nèi)容之后，才可以使用程序存儲器命令寫入數(shù)據(jù)。

由于只有在首先擦除閃速存儲器中的先前數(shù)據(jù)之后數(shù)據(jù)才能被覆蓋，所以通常的做法是在SSD中提供額外的工作空間，該額外的工作空間用作閃存塊的新擦除的區(qū)域，在該區(qū)域可以寫入新數(shù)據(jù)。這種做法稱為預(yù)留空間(OP)。新數(shù)據(jù)寫入后，先前的數(shù)據(jù)被標(biāo)記為無效。最終，閃存塊中存在足夠數(shù)量的無效數(shù)據(jù)頁，以使系統(tǒng)開始一個被稱為“垃圾收集(GC)”的過程。在GC過程期間，剩余的有效數(shù)據(jù)頁被寫入新擦除的塊，而原始塊(現(xiàn)在其所有頁面被標(biāo)記為無效)被擦除。然后，被擦除的塊可以被包括在(可以向其寫入數(shù)據(jù)的)新擦除的塊的池中。GC過程涉及到除了對新數(shù)據(jù)的原始寫入之外的額外的數(shù)據(jù)寫入。這種副作用被稱為寫入放大(WA)，其中WA因子是額外的NAND閃存數(shù)據(jù)寫入的平均數(shù)與原始寫入之比。WA導(dǎo)致SSD的壽命降低，通過有效地將閃存設(shè)備的P/E周期限值除以WA因子。例如，WA因子為10的情況下，SSD的壽命將是按P/E周期限值所預(yù)測的壽命的十分之一。

WA與OP成反比，其中減少OP具有增加WA的效果。圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的繪圖100，其示出了OP和WA之間的相關(guān)性。繪圖100包括表示OP的x軸102和表示W(wǎng)A的y軸104。OP和WA之間的相關(guān)性由跡線106表示，其在108處具有拐點。繪圖100是OP和WA的相關(guān)性的公知模型。在由IBM蘇黎世研究實驗室的X-Y Hu等人于以色列的海法的SYSTOR2009發(fā)表的文章“WriteAmplification Analysis in Flash-based Solid State Drives(基于閃存的固態(tài)驅(qū)動器中的寫入放大分析)”一文中，顯示和描述了對OP和WA相關(guān)性進(jìn)行建模的類似繪圖。

從繪圖100可以看出，減少OP降低了器件的耐久水平，因為增加WA就增加了每次應(yīng)用程序數(shù)據(jù)寫入的NAND閃存寫入數(shù)量，并降低了具有指定P/E周期限值的器件的壽命。這種關(guān)系不是線性的，隨著OP在108處降到拐點以下，WA的增長速率變得越來越嚴(yán)重。

增加SSD設(shè)備容量并減少OP以降低成本的要求導(dǎo)致磁盤壽命縮短，早期磁盤故障風(fēng)險增加，伴隨著對存儲數(shù)據(jù)的成本和可用性/存取的嚴(yán)重影響。因此，長期以來感到需要糾正當(dāng)今SSD系統(tǒng)中固有的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的實施例實現(xiàn)了一種存儲設(shè)備以及對存儲器中的多個固態(tài)驅(qū)動器之間的利用率進(jìn)行平衡的方法，其能夠增加SSD設(shè)備的容量并減少OP以降低成本。