[發明專利]用于存儲單元內部的磨損均衡管理方法及分布式存儲系統

在審

• 申請號: 201810394073.1
• 申請日: 2018-04-27
• 公開（公告）號: CN108710472A
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發明（設計）人: 李大剛;鄭經煒;陳詩雁;林信南
• 申請（專利權）人: 北京大學深圳研究生院;深港產學研基地
• 主分類號: G06F3/06
• 分類號: G06F3/06
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 溫玉珍

本發明提供一種用于存儲單元內部的磨損均衡管理方法及分布式存儲系統，所述磨損均衡管理方法包括以下步驟：步驟S1，接收并判斷數據請求的類型，當接收數據記錄寫入請求時跳轉至步驟S2，當接收數據記錄訪問請求時跳轉至步驟S3；步驟S2，根據上一個數據記錄的偏移紀錄寫入當前的數據記錄，并在寫入當前的數據記錄后，保存當前的數據記錄的結束位置作為下一個數據紀錄的偏移紀錄；步驟S3，根據數據記錄訪問請求讀取其所在存儲單元的偏移記錄，并從偏移量開始讀出數據記錄中的數據。本發明通過記錄存儲單元內部的讀寫情況，使得對該存儲單元的連續寫操作會優先將整個存儲單元的內部寫滿，能夠延長存儲單元的循環讀寫壽命，提高讀寫性能。

技術領域

本發明涉及一種磨損均衡管理方法，尤其涉及一種用于存儲單元內部的磨損均衡管理方法，并涉及采用了該用于存儲單元內部的磨損均衡管理方法的分布式存儲系統。

背景技術

非易失內存（Non-Volatile Memory，NVM）是一種新型的存儲技術，與傳統的SRAM/DRAM相比，具有非易失、按字節存取、高存儲密度、低靜態功耗等優點，讀寫性能接近DRAM但可以長久保持數據，但是也存在著讀寫性能不對稱，讀遠快于寫，寫入壽命有限的問題。在由NVM構成的存儲設備中，如果不同地址之間的擦寫更新次數存在較大差距，將導致部分區域磨損較快而迅速形成壞塊，而另外一些區域則極少擦除；而只要有壞塊開始產生，NVM存儲設備的性能就會逐漸下降而變得不可用。為了減少這樣不均衡的擦寫導致NVM整體生命周期縮短的弊端，需要磨損均衡算法（Wear-Levelling）來解決該問題。現有的磨損均衡的算法主要是確保所有的存儲單元在統計上被均勻地擦寫從而推遲壞塊的產生，而并不考慮存儲單元內部區域的磨損情況。因為對于一般的存儲系統而言，大部分的數據要比存儲單元大得多，所以只考慮存儲單元之間的均衡即可。例如文件系統在存儲文件時存儲單元為4KB大小，而一般的文件大小都遠大于4KB，大部分使用的存儲單元都是寫滿的，所以并不需要特地考慮存儲單元內部的磨損均衡問題。另一方面，對于現在廣泛使用的基于Flash閃存的存儲設備而言，其擦寫本身就是按塊進行的，所以整塊存儲單元內部的磨損狀態基本保持一致。但是，現實當中也會存在很多特定的應用場景，需要頻繁使用和持久化存儲大量結構化的小數據，而且這些小數據也不適合壓縮打包存放，比如高頻更新的交易記錄、在線消息、高速信息緩存等等。在這些場景中，當已知要寫入的大部分數據記錄大小都顯著小于存儲單元大小時，按現有的方式大量存儲單元實際都只使用到前部的空間，而尾部空間都沒有得到使用，這樣寫入的不均衡將導致前部空間磨損較快，結果存儲單元作為一個整體寫入次數過早到達上限而成為壞塊。

但是由于現有的磨損均衡算法并未針對大量小數據存儲的場景優化。

現在有一種技術方案是通過控制冷熱數據的遷移來實現存儲單元之間的磨損均衡。寫入次數少的存儲單元上的數據稱為冷數據，即數據很少被更新，寫入次數多的存儲單元上的數據稱為熱數據，即數據經常被更新。其中有一種磨損均衡算法是建立一個記錄存儲單元寫入次數的表，基于該表由管理控制器進行冷熱數據的交換來實現存儲單元之間的擦寫均衡。具體來講，當任何兩個存儲單元的寫入次數之差超過一個給定的閾值時，或者當某個存儲單元的寫入次數超過所有存儲單元的平均寫入次數時，啟動磨損均衡處理，將寫入次數少的存儲單元上的數據和寫入次數多的存儲單元上的數據進行交換。另有一種磨損均衡算法Start-Gap算法，不考慮存儲單元的寫次數，周期性地將存儲單元向相鄰位置移動，使得冷熱數據所在的數據塊擦寫次數均衡。

這種方案的缺點在于，只考慮了如何在存儲單元之間進行磨損均衡，并沒有考慮到存儲單元內部的空間是否磨損均衡，所以并不適用于面向大量小數據存儲單元內部的磨損均衡；此外，該類方案在進行冷熱數據交換時需要進行數據拷貝操作引入時間開銷。