CN101784993A - 使用闪存作为存储器的设备及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种可使用闪存作为存储器的设备及其操作方法，其能够通过FTL(闪存转换层)与数据库的结合为闪存提供最佳架构。所述设备包括：闪存；装置驱动器，根据闪存中的数据操作来管理逻辑地址和物理地址之间的映射表；控制单元，通过经装置驱动器提供的接口请求映射表，来执行闪存的数据恢复。

Description

使用闪存作为存储器的设备及其操作方法
技术领域
本发明总体构思涉及一种使用闪存(flash memory)作为存储器的设备及其操作方法，更具体地讲，涉及这样一种使用闪存作为存储器的设备及其操作方法，其能够通过FTL(闪存转换层)与数据库的结合为闪存提供最佳架构。
背景技术
通常，在嵌入式系统，如家用电器、通讯装置、机顶盒等中，已广泛使用非易失性存储器作为存储和处理数据的存储介质。
作为一种非易失性存储器的闪存是能够电删除或重写数据的非易失性存储装置。由于闪存与基于磁盘存储器的存储介质相比具有低功耗，与硬盘相比具有快速的访问时间，并且具有小尺寸，所以闪存适合于用在便携式装置中。
这样的闪存具有不同于磁存储介质，如硬盘的特性。具体地讲，在闪存中，可以以页为单位执行数据读/写操作，但是不能以页为单位执行数据更新工作。为了在闪存中执行数据更新工作，需要以块(由多个页组成)为单位的删除操作，并且删除单位通常大于写单位。闪存的这一特点使得使用基于硬盘设计的文件系统变得困难。
因此，为了补充闪存中删除单位大于写单位的特性以及闪存中删除次数受限的特性，并且为了使用基于硬盘设计的文件系统，已开发了闪存转换层(FTL)。FTL是一种软件层，其允许以与硬盘相同的方式使用闪存。
近来，随着闪存容量的增加，闪存中可存储大量数据。因此，在使用闪存作为存储器的设备中，数据库的使用是必不可少的。例如，在使用闪存作为存储器的设备中，已使用基于日志的恢复技术和影式分页技术作为数据恢复的机制。
基于日志的恢复技术(log-based recovery technique)为数据库中的改变生成日志记录，将日志记录存储在盘中，并将日志记录用于数据库恢复。所述改变的日志记录包括改变的数据的先前数据和新数据，并在需要时经日志缓冲器被写入盘中。根据这种基于日志的恢复技术，每当发生改变时，通常非常小的日志记录即被频繁地写入盘中。相应地，由于日志记录的频繁写入，导致页被频繁地使用，因此与读/写操作相比相对慢的删除操作被频繁地执行，以便撤回已变为无效的页。
如果特定页被更新，则影式分页技术(shadow paging technique)通过在另一页中制作相应页的拷贝来更新所述页的数据，而不使用日志记录。如果事务(transaction)终止，则所述技术在新盘中反映所述事务，而如果事务中止，则所述技术丢弃所述拷贝。根据影式分页技术，不执行像基于日志的恢复技术中一样的日志记录的频繁写入，而是需要单独地管理页表，所述页表用于管理更新的页的拷贝写入其中的页。即，数据库管理逻辑地址与物理地址之间的映射操作。然而，由于在数据库中管理的物理地址通过由FTL管理的映射表被再一次转换为物理地址，并且由数据库和FTL来管理映射信息，所以执行了不必要的重复工作。
因此，需要一种在使用闪存作为存储器的设备中考虑闪存的特性的数据库架构。
发明内容
技术问题
第2004-0082921号韩国专利未审查公开涉及一种闪存文件系统，该系统具有FTL(闪存转换层)并执行从主机系统接收的逻辑地址在闪存的物理地址上的映射。然而，这种闪存文件系统仍没有提出在使用闪存作为存储器的设备中考虑闪存的特性的数据库架构。
技术方案
本发明总体构思提供一种使用闪存作为存储器的设备及其操作方法，其中，考虑FTL(闪存转换层)与数据库之间的关系，FTL使用适合于闪存的数据恢复技术，数据库相应地处理事务，从而可省略日志记录的管理和页表。
本发明总体构思的另外的方面和效用将在下面的描述中被部分地阐述，并且部分地通过所述描述而明显，或者可通过本发明总体构思的实践而了解。
可通过提供一种设备来实现本发明总体构思的前述和/或其它方面和效用，所述设备包括：闪存，存储数据；装置驱动器，根据闪存中的数据操作来管理逻辑地址和物理地址之间的映射表；控制单元，通过经装置驱动器提供的接口请求映射表，来执行闪存的数据恢复。
还可通过提供一种可使用闪存作为存储器的设备的操作方法来实现本发明总体构思的前述和/或其它方面和效用，所述方法包括：由闪存转换层根据闪存中的数据操作来管理逻辑地址和物理地址之间的映射表；由数据库通过经闪存转换层提供的接口请求映射表，来执行闪存的数据恢复。
还可通过提供一种能够与闪存一起使用的设备来实现本发明总体构思的前述和/或其它方面和效用，所述设备包括：装置驱动器，根据闪存中的数据操作来管理逻辑地址和物理地址之间的映射表；控制单元，通过经装置驱动器提供的接口请求映射表，来执行闪存的数据恢复。
还可通过提供一种存储器系统来实现本发明总体构思的前述和/或其它方面和效用，所述存储器系统包括存储映射表的闪存和设备，所述设备包括：闪存转换层，管理映射表；数据库，对闪存执行数据恢复，其中，由数据库执行映射表的管理和数据恢复的执行，而不需要页表和日志记录的产生。
所述映射表可对应于逻辑地址和物理地址之间的映射关系。
还可通过提供一种数据恢复方法来实现本发明总体构思的前述和/或其它方面和效用，所述方法包括：由控制单元向闪存请求映射表；由控制单元接收请求的映射表；基于接收的映射表恢复数据。
还可通过提供一种包含有执行一种方法的计算机程序的计算机可读记录介质来实现本发明总体构思的前述和/或其它方面和效用，所述方法包括：由控制单元向闪存请求映射表；由控制单元接收请求的映射表；基于接收的映射表恢复数据
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，本发明总体构思的上述和其他目的、特点和效用将会更加清楚，其中：
图1是示出根据本发明总体构思的实施例的使用闪存作为存储器的设备的框图；
图2是示出根据本发明总体构思的实施例的执行事务时的映射表的示意图；
图3是示出根据本发明总体构思的实施例的在事务提交(commit)期间的映射表的示意图；
图4是示出根据本发明总体构思的实施例的写入映射表的方法的流程图；
图5是示出根据本发明总体构思的实施例的数据恢复方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细说明本发明总体构思的实施例，其示例示出于附图中，在附图中，相同的标号始终表示相同的部件。以下参照附图描述实施例以解释本发明总体构思。
这里将参照附图描述本发明，附图示出了解释根据本发明总体构思的实施例的使用闪存作为存储器的设备及其操作方法的框图和流程图。应该理解的是，流程图中的每一方框以及流程图中的方框的组合可通过计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可被提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理设备的处理器以生成机器，使得经计算机或其它可编程数据处理设备执行的指令创建流程图方框中指定的功能的实现。
这些计算机程序指令还可存储在能够指导计算机或其它可编程数据处理设备以特定方式运行的计算机可用或计算机可读存储器中，使得存储在计算机可用或计算机可读存储器中的指令生成包括实现流程图方框中指定的功能的指令实现的产品。
计算机程序指令还可被载入计算机或其它可编程数据处理设备中，以导致在计算机或其它可编程设备上执行一系列操作以生成计算机实现的处理，使得在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供实现流程图方框中指定的功能的操作。
此外，流程图的每一方框可代表包括实现指定的逻辑操作的一个或多个可执行指令的模块、代码段或一部分代码。还应该注意的是，在一些可替换实现方式中，方框中示出的功能可以不按顺序而发生。例如，根据所包含的功能，连续示出的两个方框实际上可以基本同时执行，或者有时，这两个方框可以以相反的顺序执行。
图1是示出根据本发明总体构思的实施例的使用闪存作为存储器的设备的框图。
如图1所示，根据本发明总体构思的实施例的使用闪存作为存储器的设备100包括闪存110、装置驱动器120、控制单元130和用户请求单元140。
闪存110包括构成至少一页的多个块。在当前实施例中，页是闪存110中的读/写单位，块是闪存110中的删除单位。在当前实施例中，尽管术语“页”和“块”分别用于指定闪存110的读/写单位和删除单位，但是这仅是示例以理解本发明总体构思，因此可以改变。
装置驱动器120执行与上述FTL(闪存转换层)对应的功能。装置驱动器120可以是FTL，或者可包括FTL和用于驱动FTL的硬件。
在当前实施例中，装置驱动器120提供多个API(应用程序接口)以在闪存110中执行各种类型的数据操作，如读取、写入等。
根据当前实施例由装置驱动器120提供的API包括：“FTL_Init()”，初始化闪存110；“FTL_Format()”，格式化闪存110；“FTL_Read()”，从闪存110读取数据；“FTL_Write()”，将数据写入闪存110中；“FTL_BeginTxn()”，在闪存110上开始事务；“FTL_CommitTxn()”，在闪存110上提交事务；“FTL_Abort()”，在闪存110上中止事务。
另外，装置驱动器120产生并管理映射表，该映射表为闪存110中执行的各种类型的数据操作指示逻辑地址和物理地址之间的映射关系。在这种情况下，根据当前实施例由装置驱动器120产生的映射表基于如上所述的数据库的影式分页技术。
以下，在本发明总体构思的实施例中，逻辑页号用作逻辑地址，物理页号用作物理地址。
图2是示出根据本发明总体构思的实施例的映射表的示意图。
如图2所示，根据本发明总体构思的实施例的映射表210包括逻辑页号字段211、物理页号字段212、事务页号字段213和事务标识(ID)字段214。
逻辑页号字段211指示当用户通过用户请求单元140请求数据操作时引用的逻辑页号，物理页号字段212指示闪存110中与用户所请求的数据操作相应的数据实际写入的物理页号。事务页号字段213指示当请求对已经写入特定数据的物理页号进行数据更新时新分配给相应逻辑页号的物理页号，事务ID字段214指示分配给用户所请求的每一数据操作的事务ID。例如，如图2所示，对于事务ID为“1”的数据操作，映射在逻辑页号“2”上的物理页号为“0”。此时，如果请求对逻辑页号2进行数据更新，则更新的数据被写入物理页号“69”。另外，在图2中，符号“-”表示由于没有请求数据更新所以在事务页号字段213中没有分配新的物理页号，因此没有产生事务ID。在这种情况下，在当前实施例中，用户请求单元140是这样的应用程序：用户通过该应用程序可请求数据操作并确认数据操作的结果。
在事务提交期间，装置驱动器120将物理页号字段212的物理页号更新为事务页号字段213的物理页号，并删除事务ID字段214，以产生如图3所示的由逻辑页号字段221和物理页号字段222组成的映射表220。参照图1和图3，在事务提交期间，装置驱动器120将图3的相应的映射表220写入闪存110中，以在意外情况(如断电)发生时使用映射表220进行数据恢复。如上所述，由于装置驱动器120在事务提交期间将用于数据恢复的映射表220写入闪存110中，所以可参考闪存110中所写的映射表220来恢复数据，而不需使用单独的信息。
控制单元130可以是数据库，或者可包括数据库和用于数据库的硬件。如上所述，控制单元130通过调用装置驱动器120提供的API，如“FTL_Read()”、“FTL_Write()”、“FTL_BeginTxn()”、“FTL_CommitTxn()”、“FTL_Abort()”等来请求闪存110中的数据操作，并接收已被请求的数据操作的结果。
例如，控制单元130可通过调用“FTL_BeginTxn()”从装置驱动器120分配新的事务ID，并且可通过调用“FTL_Write()”将数据写入闪存110中。另外，控制单元130可通过调用“FTL_CommitTxn()”来完成事务。此时，如果控制单元130调用“FTL_CommitTxn()”，则装置驱动器120可将图2的映射表210更新为图3的相应的映射表220，并可将更新的映射表220写入闪存110中。
可选地，当控制单元130调用“FTL_Read()”时，如果事务页号被分配给相应的逻辑页号，则装置驱动器120返回事务页号，否则装置驱动器120返回已有物理页号。当控制单元130调用“FTL_Abort()”时，装置驱动器120搜索分配有事务ID的逻辑页号，并去除相应的事务页号和事务ID。
如上所述，根据当前实施例，装置驱动器120提供API，如“FTL_Read()”、“FTL_Write()”、“FTL_BeginTxn()”、“FTL_CommitTxn()”、“FTL_Abor()”等，控制单元130调用并使用所提供的API，装置驱动器120通过相应的映射表管理逻辑地址和物理地址之间的映射关系。因此，防止独立优化的数据库和FTL执行重复工作。
图4是示出根据本发明总体构思的实施例的写入映射表的方法的流程图。
图4所示的方法是将用于数据恢复的映射表写入闪存110中的方法。
如图4所示，根据操作根据本发明总体构思的实施例的使用闪存作为存储器的设备的方法，用户首先通过用户请求单元140请求特定数据操作(操作S110)。在当前实施例中，用户请求闪存110中的写操作。
根据用户对数据操作的请求，控制单元130调用装置驱动器120所提供的“FTL_BeginTxn()”，并被分配装置驱动器120所产生的事务ID(操作S120)。在当前实施例中，控制单元130将事务ID“1”分配给装置驱动器120。
控制单元130通过引用分配的事务ID调用“FTL_Write()”来向装置驱动器120请求数据写入，装置驱动器120将控制单元130所请求的数据写入闪存110中(操作S140)。例如，如果控制单元130请求对逻辑页号1和2进行数据写入，并且与逻辑页号1和2对应的物理页号中已经写有数据，则如图2所示，装置驱动器120将控制单元130所请求的数据和事务ID写入新的物理页号68和69中。
装置驱动器120写入控制单元130所请求的数据，同时产生如图2所示的映射表210(操作S150)。此时，由于映射表被更新，所以事务页号和事务ID可被指示。
如果与用户的数据操作请求相应的数据写入完成，则控制单元130通过调用装置驱动器120所提供的“FTL_CommitTxn()”来完成数据操作。
当控制单元130调用“FTL_CommitTxn()”时，装置驱动器120将如图2所示的映射表210改变为如图3所示的映射表220，并将改变的映射表210写入闪存110中(操作S170)。
图5是示出根据本发明总体构思的实施例的数据恢复方法的流程图。
如图5所示，根据依据本发明总体构思的实施例的数据恢复方法，如果诸如断电的意外情况发生，则控制单元130向装置驱动器120请求映射表(操作S210)。此时，请求的映射表可被理解为在控制单元调用“FTL_CommitTxn()”时由装置驱动器120写入闪存110中的映射表。
控制单元130从装置驱动器120接收请求的映射表(操作S220)，并参考接收的映射表来恢复数据(操作230)。
根据如上所述图5的数据恢复方法，由于假设装置驱动器120是FTL并且控制单元130是数据库，基于硬盘而非闪存110来提供数据库，所以可预先防止控制单元120的日志记录产生、频繁写入操作、装置驱动器120和控制单元130的重复工作等，因此防止了其寿命由于闪存110中的删除工作而缩短，防止了操作速度由于闪存110中的删除工作而降低。
在当前实施例中，这里所使用的术语“单元”表示(但不限于)执行特定任务的软件或硬件组件，如现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)。单元可被构造为驻存于可寻址存储介质上，并被构造为在一个或多个处理器上运行。因此，单元可包括(例如)诸如软件组件、面向对象的软件组件、类组件和任务组件的组件、进程、函数、属性、过程、子进程、程序代码段、驱动器、固件、微码、电路、数据、数据库、数据结构、表、数组和变量。组件和单元中提供的操作可被组合为更少的组件和单元，或者被进一步分为另外的组件和模块。
产业上的可利用性
如上所述，根据本发明总体构思的使用闪存作为存储器的设备及其操作方法具有以下效果中的一个或多个。
考虑FTL和数据库的特性，防止了发生闪存中的频繁删除工作以及FTL和数据库中的重复工作。
另外，通过防止删除工作和重复工作，闪存的寿命增加，数据操作速度可提高。
尽管已经示出和描述了本发明总体构思的多个实施例，但是本领域技术人员应该理解的是，在不脱离本发明总体构思的原理和精神的情况下，可在这些实施例中进行改变，本发明总体构思的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (19)

1.一种设备，包括：
闪存，存储数据；
装置驱动器，根据闪存中的数据操作来管理逻辑地址和物理地址之间的映射表；
控制单元，通过经装置驱动器提供的接口请求映射表，来执行闪存的数据恢复。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，装置驱动器提供的接口包括：写入、读取、事务开始、事务提交和事务中止。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，当控制单元调用事务开始时，装置驱动器产生新的事务标识(ID)，并将产生的事务ID返回给控制单元。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，当控制单元调用事务开始时，装置驱动器产生映射表，所述映射表包括：逻辑页号字段、物理页号字段、事务页号字段和事务ID字段。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，当控制单元调用事务提交时，装置驱动器将映射表中的物理页号字段更新为事务页号，并删除事务ID字段，以产生结果映射表并将结果映射表写入闪存中。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，控制单元通过请求写入的映射表来在闪存中执行数据恢复。
7.根据权利要求4所述的设备，其中，当控制单元调用写入时，装置驱动器返回映射表中的物理页号字段和事务页号字段之间的事务页号字段的值。
8.一种以闪存作为存储器的设备的操作方法，所述方法包括：
由闪存转换层根据闪存中的数据操作来管理逻辑地址和物理地址之间的映射表；
由数据库通过经闪存转换层提供的接口请求映射表，来执行闪存的数据恢复。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述接口包括：写入、读取、事务开始、事务提交和事务中止。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，管理步骤包括：
当数据库调用事务开始时，产生新的事务标识(ID)，并将产生的事务ID返回给数据库。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，管理步骤包括：
当数据库调用事务开始时，产生映射表，所述映射表包括逻辑页号字段、物理页号字段、事务页号字段和事务ID字段。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，管理步骤包括：
当数据库调用事务提交时，将映射表中的物理页号字段更新为事务页号，并删除事务ID字段，以产生结果映射表并将结果映射表写入闪存中。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，执行步骤包括：
由数据库通过请求写入的映射表来在闪存中执行数据恢复。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，管理步骤包括：
当数据库调用写入时，返回映射表中的物理页号字段和事务页号字段之间的事务页号字段的值。
15.一种能够与闪存一起使用的设备，所述设备包括：
装置驱动器，根据闪存中的数据操作来管理逻辑地址和物理地址之间的映射表；
控制单元，通过经装置驱动器提供的接口请求映射表，来执行闪存的数据恢复。
16.一种存储器系统，包括：
闪存，存储映射表；和
设备，包括：
闪存转换层，管理映射表；
数据库，执行闪存的数据恢复，
其中，由数据库执行映射表的管理和数据恢复的执行，而不需要页表和日志记录的产生。
17.根据权利要求16所述的存储器系统，其中，所述映射表对应于逻辑地址和物理地址之间的映射关系。
18.一种数据恢复方法，包括：
由控制单元向闪存请求映射表；
由控制单元接收请求的映射表；
基于接收的映射表来恢复数据。
19.一种包含有执行一种方法的计算机程序的计算机可读记录介质，所述方法包括：
由控制单元向闪存请求映射表；
由控制单元接收请求的映射表；
基于接收的映射表来恢复数据。
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