[發(fā)明專利]一種適用于固態(tài)盤的動(dòng)態(tài)調(diào)整垃圾回收方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910480344.X
• 申請(qǐng)日: 2019-06-04
• 公開（公告）號(hào): CN110347612A
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 諶哲;趙躍龍;袁興佳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F12/02
• 分類號(hào): G06F12/02
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

本發(fā)明公開了一種適用于固態(tài)盤的動(dòng)態(tài)調(diào)整垃圾回收方法，包括步驟：1)獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括塊的無(wú)效頁(yè)面數(shù)，塊的擦除次數(shù)，固態(tài)硬盤容量、固態(tài)硬盤空閑空間的大小；2)根據(jù)固態(tài)硬盤容量設(shè)定兩級(jí)閾值；3)判斷固態(tài)硬盤空閑空間的大小位于哪個(gè)范圍，判斷是否立刻進(jìn)行垃圾回收操作；4)利用數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，預(yù)測(cè)選擇哪一個(gè)塊進(jìn)行回收最好；5)進(jìn)行垃圾回收操作。本發(fā)明為固態(tài)硬盤的垃圾回收過(guò)程提供了一種新的方法，將動(dòng)態(tài)調(diào)整垃圾回收方法作為垃圾回收過(guò)程優(yōu)化的一種有效手段，能夠有效提高垃圾回收的效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種適用于固態(tài)盤的動(dòng)態(tài)調(diào)整垃圾回收方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)有磁帶、光盤等，使用最多的是機(jī)械硬盤。隨著數(shù)據(jù)呈爆炸式增長(zhǎng)，對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)在速度上、容量上有了更高的要求，固態(tài)硬盤開始被越來(lái)越多的使用和研究。固態(tài)硬盤使用電子芯片存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，沒(méi)有機(jī)械硬盤的機(jī)械式部件，因此在速度、時(shí)延、功耗、抗震等方面，與機(jī)械硬盤相比都具有優(yōu)勢(shì)，無(wú)論是個(gè)人存儲(chǔ)還是企業(yè)存儲(chǔ)，都在逐漸使用固態(tài)硬盤取代機(jī)械硬盤。以NAND Flash(閃存)作為存儲(chǔ)介質(zhì)的固態(tài)硬盤具有需要擦除才能寫入，不能覆蓋寫，閃存塊具有一定壽命，每擦除一次都會(huì)對(duì)閃存塊造成磨損等問(wèn)題。

由于閃存塊不能覆蓋寫的特性，當(dāng)寫入新的數(shù)據(jù)時(shí)，不能在老地方直接更改，必須寫到一個(gè)新的位置。往一個(gè)新的位置寫入數(shù)據(jù)，會(huì)導(dǎo)致老位置上的數(shù)據(jù)無(wú)效，這些數(shù)據(jù)就變?yōu)榱死鴶?shù)據(jù)。垃圾數(shù)據(jù)會(huì)占用閃存空間，當(dāng)閃存空間不夠用時(shí)，閃存轉(zhuǎn)換層需要做垃圾回收，即把若干個(gè)閃存塊上的有效數(shù)據(jù)搬出來(lái)，寫到某個(gè)新的閃存塊上，然后把這些之前的閃存塊擦除，得到可用的閃存塊，這就是垃圾回收的過(guò)程。當(dāng)回收塊中有效頁(yè)數(shù)較高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致寫放大，即固態(tài)硬盤往閃存中寫入的數(shù)據(jù)量比實(shí)際用戶寫入固態(tài)硬盤的數(shù)據(jù)量多，垃圾回收的等待時(shí)間也可能高達(dá)100ms。因此,垃圾回收對(duì)固態(tài)硬盤的讀寫性能和壽命都有很大的影響，可能是影響固態(tài)硬盤性能的重要瓶頸

現(xiàn)有的垃圾回收方法存在以下問(wèn)題：大部分算法都是基于挑選具有最少有效頁(yè)面數(shù)的塊作為回收塊的貪婪算法。但是該算法可能導(dǎo)致塊的擦除次數(shù)不平衡，從而造成磨損不平衡，使得一些塊很快就變成壞塊不能再使用了。如果選擇擦除次數(shù)最小的塊作為回收塊，則會(huì)增加垃圾回收遷移數(shù)據(jù)的開銷，并且一部分垃圾回收過(guò)程可能會(huì)使I/O延遲，影響固態(tài)硬盤的讀寫性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種適用于固態(tài)盤的動(dòng)態(tài)調(diào)整垃圾回收方法，突破垃圾回收過(guò)程同時(shí)考慮回收塊的無(wú)效頁(yè)面數(shù)和塊的擦除次數(shù)這一矛盾，達(dá)到兩者的平衡，并且降低垃圾回收過(guò)程對(duì)I/O性能的影響，提高固態(tài)硬盤的讀寫性能和壽命。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：一種適用于固態(tài)盤的動(dòng)態(tài)調(diào)整垃圾回收方法，包括以下步驟：

1)獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括塊的無(wú)效頁(yè)面數(shù)、塊的擦除次數(shù)、固態(tài)硬盤容量和固態(tài)硬盤空閑空間的大小；

2)根據(jù)固態(tài)硬盤容量設(shè)定兩級(jí)閾值T₁、T₂，該閾值表示固態(tài)硬盤的空閑容量占固態(tài)硬盤總?cè)萘康陌俜直龋渲蠺₁<T₂；

3)判斷固態(tài)硬盤空閑空間的大小位于哪個(gè)范圍，判斷是否立刻進(jìn)行垃圾回收操作；

4)利用數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，預(yù)測(cè)選擇哪一個(gè)塊進(jìn)行回收最好；

5)進(jìn)行垃圾回收操作。

在步驟1)中，固態(tài)硬盤在寫數(shù)據(jù)的時(shí)候記錄和維護(hù)每個(gè)塊的無(wú)效頁(yè)面數(shù)和擦除次數(shù)。

在步驟3)中，判斷固態(tài)硬盤空閑空間大小和閾值的關(guān)系具體過(guò)程如下：

3.1)根據(jù)當(dāng)前固態(tài)硬盤空閑空間的大小計(jì)算出空閑空間占整個(gè)固態(tài)硬盤容量的百分比T；