CN101620570A - 记忆模块动态备份管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种记忆模块动态备份管理系统及方法，该技术方案包括：一记忆模块，用于储存数据；一处理模块，其中包括：一输出入接口，用以接收或输出数据；一记忆模块控制单元，用于控制该记忆模块与数据间的读写；一地址对照单元，系用以将每一数据之一逻辑储存地址映对一第一实体地址及一第二实体地址；一中央处理模块，系控制该记忆模块控制单元读写数据。数据写入该记忆模块时，系同时存入该第一实体地址及该第二实体地址所指涉之储存区块中，实现数据备份，提高了存储可靠度；若实体地址不足，则由一运算模块依据储存新数据所需之空间，选择删除第二实体地址中部分数据，直至有足够容纳新写入之数据的空间为止，实现了存储空间的动态调整。

Description

记忆模块动态备份管理系统及方法

技术领域

本发明系有关于一种记忆模块储存数据的管理系统与方法，特别是有关于以单一记忆模块同时提供储存与备份数据的记忆模块动态备份管理系统与方法。

背景技术

内存的发展极为迅速，尤其是被大量应用在可携式装置的闪存的发展上，其逐渐扩大的容量与非挥发性、可抹除可编程的特性，已经使之成为一般计算机或计算系统的重要辅助内存，尤其常配置于可携式数字装置中作为储存数据及程序之用，例如MP3/MP4音乐播放器、USB拇指碟(USB Thumb Flash Disk)及硅碟机(Solid-State Disk)等。

然而，由于闪存的特性系存在各基本储存单元的程序-抹除(Program-Erase)次数有寿命限制且不一致，及因制程引起的电荷保存能力差异，以致会有随机产生坏死区块(Bad Blocks)的问题；虽然表象上程序-抹除(Program-Erase)次数寿命限制可使用平均磨损次数(WearLeveling)方式克服，但由于各基本储存单元可靠度的差异必然使其随着使用时间的增加，坏死区块也跟着增加，对于储存在该内存装置中的数据可能产生无预期毁损的隐忧并无法避免。

而一般的硬盘架构中，为了确保数据的完整性不受硬件损坏的影响，常见利用Raid 1的镜像复制(Mirroring)来保护数据，当数据于一硬盘上损毁时，仍可于另一个备份的硬盘上取出同一份完整的数据避免损失。但Raid 1的硬件建置成本较高，须两个容量相同的硬盘做完全一致的复制，对于有相同数据完整性保护需求的可携式内存装置来说，由于此类装置多半须具备高度的可移植性与轻便体积小的特点，因此无法完全仿照Raid 1架构加以保护。

然而，目前所发展的各式可携式记忆模块的装置，多半具有远比使用者所可能真正使用到的容量多上数倍的总容量，例如市面上贩卖的随身碟动辄4G、8G，但使用者经常储存的数据可能占用不到1G的空间，如何在不增加硬件成本、同时又能有效利用内存储存空间来保护数据的完整性，是为一个值得研究的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种无须增加储存硬件数目即可大幅提升其保护数据可靠度的、可经过中间层配置数据的记忆模块动态备份管理系统及其备份管理方法。

为解决以上技术问题，本发明所述的该系统中包括：一记忆模块，可区分为一主要分割区及至少一次要分割区；一处理模块，其中更包括：一输出入接口，用于接收或输出数据；一记忆模块控制单元，控制数据写入该记忆模块、或自该记忆模块读出数据；一地址对照单元，系用以映对每一数据的逻辑储存地址、与该数据实际存放在该记忆模块中的一第一实体地址及一第二实体地址；及一中央处理模块，其系用于处理数据，并控制该记忆模块控制单元对该记忆模块进行读写；其中，该第一实体地址所指涉之储存区块之集合系为该主要分割区；该第二实体地址所指涉之储存区块之集合系为该次要分割区。

而当该记忆模块之空间不足以同时分派该第一实体地址及该第二实体地址给同一数据时，该运算模块即依据储存该数据所须要之储存空间，及该地址对照单元中所记录之数据，动态调整该记忆模块之主要分割区及次要分割区，将部分次要分割区之旧数据释出，使得多余的空间可以供写入新数据所用。

此外，本发明亦另提供一记忆模块动态备份管理方法，该方法包括下列步骤：接收数据并指派一逻辑储存地址；由一地址对照单元将每一数据的一逻辑储存地址分别映对到一第一实体地址及一第二实体地址，并且记录每一数据在该记忆模块中被存取的次数、及最近被存取的时间；将该数据写入其逻辑储存地址所映对的该第一实体地址及该第二实体地址所指涉之储存区块中储存。

写入数据之过程中，如可供指派之实体地址不足，则由一运算模块依据储存新数据所需之空间，选择删除该次要分割区中之部分数据，直至有足够容纳新写入之数据的空间为止。

通过上述所提供之系统或方法，皆可达成使闪存系统仅利用单一储存媒体，对同一数据保存了至少两份记录，以供在于其中一份记录因主要分割区中的储存区块损坏而无法使用时，仍可由次要分割区中取得相同的数据文件，提高这种经常接受读写的内存的储存可靠度。

同时，依据写入数据所需要的空间，动态调整主要分割区及次要分割区之大小来提供新数据及其备份数据的储存，既可提升数据记录的可靠度、以及有效使用储存空间，同时也由动态的调整储存空间达成可靠度及善用储存空间两者间的平衡。

而该系统或该方法如何在单一内存中达成保障数据完整性，及储存空间不足时系如何安排数据储存方式之技术手段，以下将透过实施方式之内容进一步说明。

附图说明

图1：本发明一实施例之记忆模块动态备份管理系统之功能方块图；

图2：本发明一实施例之地址对照单元示意图；

图3：本发明一实施例之地址对照单元映对储存区块之示意图；

图4：本发明一实施例之地址对照单元映对被删除数据之储存区块示意图；

图5：本发明一实施例之闪存储存空间释出之示意图；

图6：本发明一实施例之记忆模块动态备份管理方法之流程图；

图7：本发明一实施例之记忆模块动态备份管理方法之流程图；及

图8：本发明一实施例之闪存动态备份管理方法之流程图。

【主要组件符号说明】

10记忆模块

100主要分割区

102次要分割区

20处理模块

200输出入接口

205中央处理模块

210运算模块

215地址对照单元

2150逻辑储存地址

2152第一实体地址

2154第二实体地址

2156被存取次数

2158最近被存取时间

220记忆模块控制单元

S601～S609流程步骤

S701～S711流程步骤

S801～S815流程步骤

具体实施方式

为了提升各种可携式装置的内存储存数据的可靠度，本发明提供了一种记忆模块动态备份管理系统之实施例，如图1所示，在不增加设备成本的前提下，为该记忆模块所储存的数据进行动态备份，当数据发生毁损时，能从另一处取得相同的数据。

该实施例之系统包括一记忆模块10，系用以实际储存数据；一处理模块20，其中更包括：一输出入接200，用以接收或输出数据，例如使用通用序列总线(USB)接口；一记忆模块控制单元220，系用于直接控制对该记忆模块10中数据的存取；一地址对照单元215，提供了该系统中每一数据的逻辑储存地址及其实际储存的实体地址的映对；及一中央处理模块205，其系根据地址对照单元215中的记录，指示记忆模块控制单元220前往记忆模块10写入或读取数据，其中更包括一运算模块210，该运算模块210系于记忆模块10已无足够的空间供新的数据写入时，依据算法则判断数据删除的顺序。

于一新数据由输出入接200输入时，档案系统会依序配置一逻辑储存地址给该数据，但每一数据实际上储存至记忆模块10中时，并不完全将数据按照顺序地存放进各个储存区块，此时系透过地址对照单元215中记录着记忆模块10所拥有的储存区块位置、及可使用的储存区块数，指派该数据实际上应存放在记忆模块10中的位置。

请参阅图2中关于地址对照单元215之示意图说明：每一数据输入至该记忆模块动态备份管理系统中时，皆依序指派一逻辑储存地址2150，并将该逻辑储存地址2150映对到该数据实际存放在记忆模块10中的一第一实体地址2152及一第二实体地址2154，内存的实体储存区块系以块(Block)及页(Page)的方式记录。举例而言，中央处理模块205接收到一新数据的写入时，该新数据依序排进图2中地址对照单元215的逻辑储存地址2150中第三个区块(即编号2的区块)，地址对照单元215则将尚未有数据占用的实体储存区块的地址，映对至该编号2的区块，即第一实体地址(B1，P0)与第二实体地址(B0，P1)；则中央处理模块205即指示记忆模块控制单元220将同一笔数据分别写入记忆模块10中的第1块第0页、及第0块第1页中。该记忆模块10即因而在不同的储存区块存放有两笔同样的数据，可在其中一个储存区块发生毁损而无法读取该笔数据时，仍可由地址对照单元215中找出另一个存放相同数据的储存区块。

为了方便说明，以下实施例中，第一实体地址2152所指涉的多个储存区块合称为记忆模块10的主要分割区100；第二实体地址2154所指涉的多个储存区块则合称为次要分割区102。但须注意者，主要分割区100及次要分割区102的说法并非将记忆模块10做一实际的切割、主要分割区100及次要分割区102的容量大小亦不一定相等、数据的储存亦非依照分割区丛聚在一起，其实际储存之储存区块分布情况请参阅图3所示之记忆模块10储存区块示意图所示。

本发明另提供一实施例，说明记忆模块动态备份管理系统安排数据储存与覆写的机制，请参阅图4，其系为本发明另一记忆模块动态备份管理系统实施例之示意图。其中，地址对照单元215中的每一逻辑储存地址2150除映对了第一实体地址2152及第二实体地址2154外，由于写入及读取的工作都须要经过地址对照单元215提供存取的地址，因此其亦记录了每一笔数据被存取次数2156及该笔资料最近被存取时间2158。然本实施例中所示被存取次数2156及最近被存取时间2158的表示方法，并不限于图4中所示，更可包括任何足以区别出不同的存取次数、或区别出存取时间先后的记录方式。

当主要分割区100中所储存的数据量少于整个记忆模块10总容量的二分之一时，储存于次要分割区102中的数据量亦会少于总容量的二分之一，此时记忆模块10尚有充足的空间可容纳所有的数据，因此地址对照单元215只要将可用的储存区块指派为新数据的第一实体地址2152和第二实体地址2154即可。

但如果新数据写入后，主要分割区100的总容量需求超过记忆模块10总容量的二分之一，则此时即已无足够的空间供写入主要分割区100，更遑论写入次要分割区102。在此情况下，记忆模块10就会动态调整主要分割区100及次要分割区102各自所占用的空间比例。

在本实施例中，中央处理模块205无法自地址对照单元215中取得足以供写入新数据用的第一实体地址2152和第二实体地址2154时，即由中央处理模块205中的运算模块210，利用最少使用算法(LeastFrequently Used，LFU)，依据地址对照单元215中所记录的被存取次数2156，选择被存取次数2156最少的数据，将该项数据的第二实体地址2154所在的储存区块中之数据删除，使该储存区块恢复为未被使用的状态，以供新数据的写入，如以图4所示之例：其中逻辑储存地址2150中的第二个区块(即编号1的区块)，其被存取的次数最少，因此即选择此数据的第二实体地址2154所在的储存区块(B2，P2)，将其中的备份数据删除，释放空间给新数据写入。经由选择删除被存取次数2156最少的数据位在第二实体地址2154所在储存区块中之数据，也就是位于次要分割区102的备份数据，将其释出的空间重新分配用于储存新写入的数据，动态地调整了主要分割区100及次要分割区102所占该记忆模块10的比例。

若释出一部分储存区块仍不足使地址对照单元215分派第一实体地址2152及第二实体地址2154给新数据，运算模块210即再一次执行选择被读写次数最少的数据，进行上述相同的动作，直到释出足够的空间。

由于被选择删除位于其第二实体地址2154之备份的数据系为使用次数最少的数据，在仍然保有其第一实体地址2152之储存区块储存该数据的情况下，将其备份数据所占用之储存空间释出给新写入的数据是较有效益的作法，该数据本身亦仍可自第一实体地址2152加以存取。

在本发明所提供的另一实施例中，上述运算模块210所采用的算法则系为最不常使用算法(Least Recently Used，LRU)，运算模块210于选择应优先释出其第二实体地址2154储存空间之数据时，系根据地址对照单元215中所记录每笔数据最近一次被存取的时间(即最近被存取时间2158)，选择最久未被存取的数据，亦即，该笔数据最近一次被存取的时间在最久以前者，以图4所举之例而言，逻辑储存地址2150中的第三区块(即编号2的区块)其最近一次被存取的时间比其它的数据都更久远，因此运算模块210即判断该数据的第二实体地址2154所指的储存区块(B0，P1)应将空间释出。由于该笔数据与其它储存在内存中之数据相较，是为最久未有被使用需求的数据，在此情况下，将其储存于第二实体地址2154储存区块中的备份数据清除、释出空间给新数据使用，亦是较具效益的方法。

透过上述的动态调整备份空间大小的机制，可以让「为资料留下备份」与「提供写入新数据的空间」两者达到平衡，并且使记忆模块10所能运用的储存空间发挥其最大的效益。

本发明另提供一实施例，其系为使用闪存作为储存数据的记忆模块动态备份管理系统，其写入及覆写数据更新之方法，请参阅图5及以下说明：闪存中的写入单位为页(Page)，但其抹除(Erase)须以块(Block)为单位，且对闪存中之数据进行修改或删除后，无法直接在同一个页上写入新数据，因而必须将经修改后的数据存放在其它可写入的页(FreePage)内，地址对照单元215中的第一实体地址2152或第二实体地址2154之记录亦须随之更改。而储存原数据的页就被标示为不可写入(DirtyPage)，此时该区块无法覆写新数据进去，需等待某一块整个都成为不可写入时，进行抹除的步骤后，该区块方能重新成为未被占用而可写入资料的区块。

当中央处理模块205自输出入接口200接收到新数据的写入时，如于地址对照单元215中可找到足够写入该数据的储存区块时，中央处理模块205即可指示记忆模块控制单元220，在此系指闪存控制器，依据地址对照单元215中所指派的第一实体地址2152及第二实体地址2154将数据写入。

但如此时剩余的可写入区块不足、或是容许此笔数据写入后下一笔新增或修改的数据将无法写入时，中央处理模块205即要求运算模块210判断应释放储存空间的数据，若运算模块210判断第二实体地址位于(B2，P2)的数据，其被存取次数最少、或是已经非常久未被存取，则择其作为释放空间的数据。此时中央处理模块205先进行回收的工作(GarbageCollecting)，如图5A图示中，储存区块(B2，P1)及(B2，P3)原本已标示为不可写入，再加上指示记忆模块控制单元220删除(B2，P2)之数据后，为了取得一个完整块以进行抹除的动作，便将(B2，P0)中的有效数据搬移到(B0，P1)，使得该区块(B2)完全成为不可写入的状态(如图5B所示)，再经过抹除的程序后，重新释放该区块的空间，供新数据写入(如图5C所示)。

为了取得足够的空间，回收的工作可能不只进行一次，在地址对照单元215中所记录的信息，除了逻辑储存地址2150与实体地址2152、2154的对照、数据被存取次数2156和最近被存取时间2158外，尚可能包括其它如每个区块被抹除的次数等信息，供中央处理模块205及运算模块210采用其它可能的演算方法，以计算出最适合释出空间给新数据的第二实体地址2154所在，以达到提升数据储存的可靠性，且能有效利用该内存实际可存放数据的总容量，并且兼顾闪存的使用寿命等功能。

为了更详细说明本发明可提升储存数据之记忆模块保障数据完整性的能力，以下更提供另一实施例，说明记忆模块储存及动态备份数据之方法，请见图6所示之实施例及以下说明。

图6所示系为本发明一实施例的方法流程图，于接收到来自一输出入接口200传送之数据时(S601)，自地址对照单元215中检查是否有足够的空间可指派一第一实体地址2152及一第二实体地址2154，以供写入该数据(S603)，如具有足够的空间，即指派第一实体地址5212及第二实体地址5214，并与该数据之逻辑储存地址5210映对，其中，该第一实体地址所指涉之储存区块之集合称一主要分割区100、该第二实体地址所指涉之储存区块之集合称一次要分割区102(S605)；如无足够之储存空间可使用，则由中央处理模块205指示记忆模块控制单元220删除该次要分割区102中之部分数据，以释出储存空间(S607)，并于释出足够的储存空间后，将新数据之逻辑储存地址2150与所指派的第一实体地址2152与第二实体地址2154映对(S605)，由中央处理模块205指示记忆模块控制单元220将该数据写入该第一实体地址2152及第二实体地址2154所指涉之储存区块(S609)。

图7所示系为一更详细说明本发明之一方法流程图：于接收到来自一输出入接口200传送之数据时(S701)，检查是否有足够的空间可指派一第一实体地址2152及一第二实体地址2154，以供写入该数据至该记忆模块10(S703)，如有足够之储存空间，即指派第一实体地址2152及第二实体地址2154与该新数据，并与该数据之逻辑储存地址映对(S705)；若无足够的空间可供储存，则由运算模块210依据算法则，挑选地址对照单元215中所记录最少被使用、或最久未被使用的数据(S707)，将该被挑选之数据的第二实体地址2154所储存的备份数据删除，以释出储存空间(S709)，释出足够空间后，指派第一实体地址2152及第二实体地址2154，与该数据之逻辑储存地址映对(S705)，再由中央处理模块205指示记忆模块控制单元220，将该数据写入其第一实体地址2152及第二实体地址2154所指涉之储存区块(S711)。

本发明更提供一应用于闪存以作为数据储存装置之记忆模块动态备份之管理方法，请参阅图8所示及说明如下：当接收到新数据时(S801)，先自地址对照单元215中检查是否有足够之储存空间(S803)，如可供储存的空间不足时，由运算模块210利用算法则挑选出最少被存取、或最近未被存取的数据(S805)，由记忆模块控制单元220将该被挑选数据位于第二实体地址2154所储存的备份删除，并将该数据被删除的储存区块标记为不可写入(S807)，接着由中央处理模块205控制记忆模块控制单元220进行搬移数据、集中不可写入区块加以回收的动作(S809)，被集中之大区块回收后将空间释出，成为可供写入之储存区块后(S811)，由地址对照单元215指派被释出之储存空间为新数据之第一实体地址2152或第二实体地址2154，并与该新数据之逻辑储存地址2150映对(S813)，以便中央处理模块205指示记忆模块控制单元215依照所指示之实体地址，将新数据分别写入其第一实体地址2152及第二实体地址2154所指涉之储存区块中(S815)。

经由上述各实施方式之说明可了解，本发明确实得仅运用单一记忆模块、且在不影响记忆模块总容量的情况下，达成为所储存的数据进行动态备份的效果。而于记忆模块总容量不足以储存所有数据的备份时，更提供了良好且符合使用效益的方法更替记忆模块内的备份文件，提升了作为储存媒体所需的高可靠度，同时并兼顾记忆模块的使用效益，确系一值得保护之技术创作。

以上所述之各种实施方法系为本发明之部分应用方式，其说明仅为使所属技术领域之人得了解本发明之技术手段，并非用于限制本发明之保护范围；因此，凡未超越本发明之创作精神及技术手段之相近变化，例如将该记忆模块划分为一主要分割区及复数个次要分割区，使每一份档案数据之储存份数多于两份以上，仍亦属本发明所请求保护范围之一环。

Claims (11)

1、一种记忆模块动态备份管理系统，其特征是，包括：

一记忆模块，具有复数个储存区块以储存数据，可区分为一主要分割区及至少一次要分割区；

一处理模块，其中包括：

一地址对照单元，系用于提供该记忆模块中各数据地址的对照，该地址对照单元将每一数据的一逻辑储存地址映对到该记忆模块中之一第一实体地址及一第二实体地址，该第一实体地址及该第二实体地址指出该数据实际所存放的储存区块所在；

一记忆模块控制单元，连接于该记忆模块，系用于对该记忆模块进行读取或写入数据之控制；

一中央处理模块，系用于处理数据并指示该记忆模块控制单元依据该第一实体地址及该第二实体地址存取数据；及

一输出入接口，用以供该中央处理模块接收或输出数据；

其中，该主要分割区系为各数据之该第一实体地址所指涉储存区块之集合，该次要分割区系为各数据之该第二实体地址所指涉储存区块之集合。

2、根据权利要求1所述的记忆模块动态备份管理系统，其特征是：该地址对照单元更记录每一数据储存在该记忆模块的期间被存取次数及最近被存取时间。

3、根据权利要求2所述的记忆模块动态备份管理系统，其特征是：该中央处理模块更包括一运算模块，于该记忆模块之空间不足以同时分派该第一实体地址及该第二实体地址给同一数据时，该运算模块依据储存该数据所须要之储存空间，及该地址对照单元中所记录之被存取次数或最近被存取时间，选择于该次要分割区中部分数据之该第二实体地址。

4、根据权利要求3所述的记忆模块动态备份管理系统，其特征是：该运算模块系依据该地址对照单元中所记录之数据被存取次数，选择被存取次数最少之数据的该第二实体地址。

5、根据权利要求3所述的记忆模块动态备份管理系统，其特征是：该运算模块系依据该地址对照单元中所记录之数据最近被存取时间，选择最久未被读取的数据的该第二实体地址。

6、根据权利要求4或者5所述的记忆模块动态备份管理系统，其特征是：其中该记忆模块控制单元系依据该运算模块所计算出之该第二实体地址，前往删除存放在该第二实体地址中之数据，以提供新数据写入所需之储存空间。

7、根据权利要求1至5中任何一项权利要求所述的记忆模块动态备份管理系统，其特征是：该记忆模块系为一闪存，该记忆模块控制单元系为一闪存控制器。

8、一种记忆模块动态备份管理方法，其特征是，包括下列步骤：

接收数据并指定一逻辑储存地址；

由一地址对照单元将该数据的逻辑储存地址分别映对到一记忆模块中之一第一实体地址及一第二实体地址，并记录每一储存在该记忆模块的数据被存取次数、与最近被存取时间，其中，该第一实体地址所指涉储存区块之集合系为一主要分割区，该第二实体地址所指涉储存区块之集合系为一次要分割区；及

将该数据同时写入该记忆模块中该第一实体地址及该第二实体地址所指涉之各储存区域内。

9、根据权利要求8所述的记忆模块动态备份管理方法，其特征是：该地址对照单元将该逻辑储存地址映对到该第一实体地址及该第二实体地址之步骤中，更包括下列步骤：

该地址对照单元检查是否还有足供分别写入资料至该主要分割区及该次要分割区的实体地址可指派；

如可供指派之实体地址足够，该地址对照单元即指派该第一实体地址与该第二实体地址，并且映对至该逻辑储存地址；

如可供指派之实体地址不足，由一运算模块依据所须之储存空间，选择该次要分割区中部分之该第二实体地址，以供删除该次要分割区中之数据至足够容纳新写入之数据。

10、根据权利要求9所述的记忆模块动态备份管理方法，其特征是：该运算模块选择该第二实体地址之步骤中，更包括下列步骤：

该运算模块系依据该地址对照单元中记录之数据被存取次数，选择被存取次数最少之数据的该第二实体地址，或依据该地址对照单元中记录之数据最近被存取时间，选择最久未被存取之数据的该第二实体地址；及

由该记忆模块控制单元依照该运算模块所选取的该第二实体地址，前往该储存区块删除数据。

11、根据权利要求10所述的记忆模块动态备份管理方法，其特征是：于该记忆模块控制单元前往该储存区块删除数据之步骤后，更包括下列步骤：

将该数据被删除之第二实体地址所扯涉之储存区块标示为不可写入；由一中央处理模块将标示为不可写入之储存区块集中为一大区块；及将该大区块之储存空间释出，以供指派为新数据所需之该第一实体地址或该第二实体地址。

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