[發(fā)明專利]降低SSD寫放大的方法、裝置及計算機設(shè)備

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810651386.0
• 申請日: 2018-06-22
• 公開（公告）號: CN108845770A
• 公開（公告）日: 2018-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 付東松;吳嫻;張健
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳憶聯(lián)信息系統(tǒng)有限公司
• 主分類號: G06F3/06
• 分類號: G06F3/06
• 代理公司: 深圳市精英專利事務(wù)所 44242
• 代理人: 馮筠

本發(fā)明涉及降低SSD寫放大的方法、裝置及計算機設(shè)備，該方法包括設(shè)置若干個寫入點；對緩存鏈表尾部的數(shù)據(jù)進行分類；將分類后的數(shù)據(jù)寫入不同的寫入點內(nèi)。本發(fā)明通過設(shè)置若干個寫入點，并對緩存中冷數(shù)據(jù)做更細地冷熱程度劃分，獲取若干個類別的冷數(shù)據(jù)，將相似冷熱程度的數(shù)據(jù)寫到同一寫入點所對應(yīng)的閃存塊中，優(yōu)化緩存中冷數(shù)據(jù)寫入到閃存的方式，降低了垃圾回收的觸發(fā)，有效降低了寫放大，延長了閃存的使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及固態(tài)硬盤寫操作處理方法，更具體地說是指降低SSD寫放大的方法、裝置及計算機設(shè)備。

背景技術(shù)

在固態(tài)硬盤(即SSD)中，主機發(fā)起的數(shù)據(jù)先緩存在DRAM中，DRAM的管理策略需要保證數(shù)據(jù)的一致性，即如果后續(xù)主機又下發(fā)了相同邏輯地址(即LBA)的數(shù)據(jù)到DRAM，最終寫到存儲介質(zhì)(主流介質(zhì)為Nand Flash)的數(shù)據(jù)必須為最后一次主機下發(fā)的數(shù)據(jù)；如果主機下發(fā)多次相同LBA的數(shù)據(jù)至DRAM后下發(fā)讀該LBA的命令，那么SSD返回給主機的數(shù)據(jù)也必須是最后一次寫入的數(shù)據(jù)。

在數(shù)據(jù)中心、企業(yè)級應(yīng)用場景下，主機會頻繁下發(fā)一些活躍的LBA，即某些LBA會被頻繁的復(fù)寫，這些活躍的LBA和一些冷數(shù)據(jù)一起發(fā)往SSD，現(xiàn)有緩存技術(shù)中，用LRU算法將LBA信息和對應(yīng)數(shù)據(jù)以鏈表方式存儲，如圖1和圖2，當(dāng)緩存已存滿后，將最熱的數(shù)據(jù)(這部分?jǐn)?shù)據(jù)很有可能被主機復(fù)寫)保留在緩存中，其他的LBA數(shù)據(jù)作為冷數(shù)據(jù)寫入到閃存中，這些數(shù)據(jù)被復(fù)寫的概率比較小，垃圾回收機制觸發(fā)的幾率也小，而剩下的最近最多使用(即位于鏈表頭上)LBA將繼續(xù)停留在緩存中，因為它們將來被復(fù)寫的概率最大，一旦將來真發(fā)生命中，則在緩存中進行數(shù)據(jù)覆蓋，在緩存方式上粗略地隔離了冷熱數(shù)據(jù)，能降低垃圾回收的概率，即降低寫方法。

現(xiàn)有的緩存具體流程如下：采用鏈表方式存儲LBA信息和對應(yīng)數(shù)據(jù)，如圖3所示，這樣容易更改緩存中LBA的位置，譬如緩存容量為10個LBA，主機先發(fā)起了6個LBA，順序為LBA8、LBA4、LBA3、LBA7、LBA0、LBA1，SSD固件處理每個LBA時會遍歷鏈表中已緩存的LBA，如果發(fā)生命中則進行數(shù)據(jù)覆蓋并且將對應(yīng)LBA遷移至鏈表頭部，否則直接將LBA掛在鏈表頭部。這6個LBA都沒有發(fā)生命中情況，最終在鏈表中位置如圖3所示。LBA0和LBA7是主機端的活躍LBA，即主機經(jīng)常會讀寫的LBA。接著主機發(fā)起6個LBA，順序為LBA5、LBA2、LBA6、LBA0、LBA7、LBA9，LBA5、LBA2和LBA6沒有命中緩存，而且是最新數(shù)據(jù)，直接將它們掛在鏈表頭部，如圖4所示；LBA0和LBA7命中緩存，則將它們從原來位置遷移到鏈表頭部，如圖5所示；LBA9沒有命中緩存，將它掛在鏈表頭部，如圖6所示；由于緩存容量為10個LBA，此時，圖6中展示的控件緩存已滿，觸發(fā)了刷緩存機制，而且鏈表頭部緩存的很有可能是活躍LBA，所以需要將鏈表頭部的一部分?jǐn)?shù)據(jù)保留下來，假設(shè)保留百分之三十(該數(shù)值可以根據(jù)實際場景靈活設(shè)置)的數(shù)據(jù)，即3個LBA，那么鏈表尾部的7個LBA和對應(yīng)數(shù)據(jù)需要寫到閃存中，之后緩存狀態(tài)如圖7。可以看到圖7中留在緩存中的LBA是最近最多寫入的數(shù)據(jù)，即活躍LBA，它們被復(fù)寫的概率也是最大的，而已經(jīng)寫入到閃存中的數(shù)據(jù)是最近最少被寫入的，后續(xù)被復(fù)寫的概率也是最低的，所以觸發(fā)垃圾回收的幾率也低。但是該技術(shù)將緩存鏈表尾部的數(shù)據(jù)統(tǒng)一當(dāng)成冷數(shù)據(jù)寫到閃存塊中，不夠精細，如圖8所示，如果這些數(shù)據(jù)冷熱程度差距比較大的話，比如主機寫入的數(shù)據(jù)按冷熱程度可以分為五檔，檔位越高數(shù)據(jù)越熱，那么現(xiàn)有技術(shù)只能處理最熱的N檔數(shù)據(jù)，剩余5-N檔數(shù)據(jù)寫入到相同閃存塊中，如圖8，那么該閃存塊也比較容易出現(xiàn)部分無效頁的情況，即垃圾回收機制也仍比較容易觸發(fā)，依然存在寫放大的問題。

因此，有必要設(shè)計一種新的方法，優(yōu)化緩存中冷數(shù)據(jù)寫入到閃存的方式，以實現(xiàn)降低SSD寫放大，延長閃存壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供降低SSD寫放大的方法、裝置及計算機設(shè)備。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：降低SSD寫放大的方法，包括：

設(shè)置若干個寫入點；