[發明專利]一種具有磨損均衡意識的固態硬盤垃圾回收的方法

在審

• 申請號: 201910367751.X
• 申請日: 2019-05-05
• 公開（公告）號: CN110221774A
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 樊凌雁;王勇;李開成
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G06F3/06
• 分類號: G06F3/06
• 代理公司: 浙江永鼎律師事務所 33233
• 代理人: 陸永強

本發明公開了一種具有磨損均衡意識的固態硬盤垃圾回收的方法，包括以下步驟：步驟S1：在同批次NAND Flash中隨機挑選一片進行破壞性實驗，記錄每個物理塊的P/E次數，生成RECT表；步驟S2：從RECT中挑選P/E次數最多的物理塊作為下次寫入的物理塊；步驟S3：內存中維護一張IVPT表，記錄每個物理塊的無效頁個數；步驟S4：SSD是否為空閑狀態，是則跳轉步驟S5，否則跳轉步驟S6；步驟S5：在RECT中尋找Cold Block和Hot Block，交換各自有效頁，跳轉步驟S4；步驟S6：若滿足垃圾回收條件，從IVPT中選取無效頁最多的物理塊作為犧牲對象，將有效頁搬移到新的物理塊中，回收該物理塊，跳轉步驟S4。

技術領域

本發明涉及數據存儲領域，尤其涉及一種具有磨損均衡意識的固態硬盤垃圾回收的方法。

背景技術

近十多年來，隨著大數據、云計算等互聯網行業的蓬勃發展，全球已全面進入數字化信息時代，人們所觸及之處都會產生數據，數據量呈現著爆發式的增長。目前研究顯示90％的數據都是在近幾年內產生，并且每年仍然以50％的速率持續增長。隨著數據量的不斷增長，對存儲的需求也在快速增長。機械硬盤作為現代信息儲存的三大支柱之一，由于其本身機械結構和存儲方式，在讀寫速率、功耗、發熱等方面無法得到有效的改善，使得機械硬盤的I/O性能與計算機整體I/O性能差距逐漸增大，現已成為制約計算機整體性能提升的重要瓶頸。

半導體行業的蓬勃發展，推出了新的存儲設備：固態硬盤(Solid State Driver，SSD)。SSD是由控制芯片和存儲芯片組成，采用半導體作為存儲芯片的介質，無需任何機械裝置，不存在需要尋道，降低了I/O請求訪問延遲，提高底層帶寬，同時以功耗低、抗震防摔、體積小等優點逐漸取代機械硬盤。

SSD的工作方式是基于NAND Flash的物理特性，NAND Flash的存儲方式不同于硬盤的磁介質存儲，如有限的擦除次數，異地更新，以及最小寫入單位是頁，最小擦除單位是塊等。為屏蔽NAND Flash的物理特性，部分研究人員在SSD中引入了閃存轉換層的概念(Flash Translate Layer，FTL)，FTL負責將SSD模擬成傳統機械硬盤的形式，文件系統無需關心底層NAND Flash型號，以便現有的文件系統能夠直接對SSD進行操作。

目前現有FTL算法中執行效率最高的是頁級映射算法，同時在頁級映射算法的基礎上相關研究人員進一步提出了改進算法，基于需求的頁級映射算法(稱為DFTL)，DFTL解決了頁級映射表容量過大的問題。

DFTL將所有的映射信息都存放到NAND Flash中，稱為GMT(Global MappingTable)；并在內存中緩存了文件系統最近所訪問的部分記錄，稱為CMT(Cache MappingTable)。由于DFTL中采用的是“異地更新”機制，當文件系統對NAND Flash中的數據進行更新時，DFTL并不是直接在原數據上進行覆蓋，而是將新數據寫入到新的物理頁中，將源數據標記為無效數據，但無效數據并沒有被真實刪除，仍然占據NAND Flash的物理空間。

DFTL算法長時間運行后，NAND Flash中的無效數據會越來越多，即可用的真實物理空間越少。因此，怎樣才能快速回收NAND Flash的物理空間，并且能夠延長NAND Flash的使用壽命，是目前急需解決的關鍵技術。

故，針對現有技術的缺陷，實有必要提出一種技術方案以解決現有技術存在的技術問題。

發明內容

有鑒于此，確有必要提供一種具有磨損均衡意識的固態硬盤垃圾回收的方法，從而能夠快速回收NAND Flash的可用物理空間，同時能夠兼顧到NAND Flash的磨損均衡，使得NAND Flash能夠達到最大使用壽命。

為了克服現有技術存在的技術缺陷，本發明的技術方案如下：

一種具有磨損均衡意識的固態硬盤垃圾回收的方法，包括以下步驟：