CN101944066A - 固态硬盘的接口处理方法、固态硬盘以及存储系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提出了一种固态硬盘的接口处理方法、固态硬盘以及存储系统。该方法包括：解析主机的请求命令获得所述主机的请求命令对应的逻辑块地址；按照解析得到的逻辑块地址的大小升序或降序对所述主机的请求命令进行处理。本发明实施例固态硬盘包括解析模块和处理模块。本发明实施例可有效提高固态硬盘缓冲节点的命中率，提高固态硬盘的读写速度和读写性能。

Description

固态硬盘的接口处理方法、固态硬盘以及存储系统

技术领域

本发明涉及硬盘技术，特别是涉及一种固态硬盘的接口处理方法、固态硬盘以及存储系统。

背景技术

基于外设部件互连标准扩展(Peripheral Component Interconnect Express，PCIE)接口的固态硬盘(Solid State Disk，SSD)系统中，主机可发起若干个请求命令，SSD收到命令后解析命令，调用缓存(cache)管理单元完成对SSD的读写或管理操作。

SSD系统中，缓冲管理单元通常采用同步动态随机存取存储器(Synchronous Dynamic Random Access Memory，SDRAM)作为缓存，管理SSD中的闪存(flash)阵列即主存储单元中的数据，主机下发读盘请求命令时，在SDRAM中查找缓冲节点，若命中缓冲节点，则向主机返回数据，否则申请缓存节点，从闪存阵列中读取数据至SDRAM后向主机返回数据；主机下发写盘请求命令时，在SDRAM查找缓存节点，若命中缓冲节点，则将数据写入SDRAM中对应的位置，否则，申请缓存节点给当前事务使用。因此，在基于PCIE接口的SSD系统中，主机下发的命令，即PCIE事务是否命中缓冲节点对数据的读写性能具有很大的影响。

现有技术基于PCIE接口的SSD系统中，SSD接口一般采用队列、环形队列或链表按接收的先后顺序保存收到的PCIE事务，如事务1，事务2，......，事务n，新接收到的事务插入到队列或链表的尾部；SSD接口按接收的先后顺序提取PCIE事务，调用缓存管理单元对主机的命令进行处理。

发明人在实现本发明的过程中发现现有技术至少存在以下缺陷：由于主机下发的请求命令(即PCIE事务)是随机的，每个请求命令要访问的逻辑块地址(Logical Block Address，LBA)是随机的，主机下发的各请求命令所要访问的LBA落在Cache节点的顺序是不可知的，假设事务1和事务9访问的LBA均落在Cache节点1内，事务2～8访问的LBA落在其它Cache节点内，可能存在以下问题：SSD处理完事务1后，会顺序处理事务2～8，在此过程中由于缓存管理算法导致Cache节点1被淘汰，当SSD处理事务9时，需要重新申请节点，这样使得Cache节点的命中率降低，影响SSD的读写速度，降低SSD的读写性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种固态硬盘的接口处理方法、固态硬盘以及存储系统，可以有效提高固态硬盘的缓存节点的命中率，提高固态硬盘的读写性能。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种固态硬盘的接口处理方法，包括：

解析主机的请求命令获得所述主机的请求命令对应的逻辑块地址；

按照解析得到的逻辑块地址的大小升序或降序对所述主机的请求命令进行处理。

本发明实施例还提供了一种固态硬盘，包括：

解析模块，用于解析主机的请求命令获得所述主机的请求命令对应的逻辑块地址；

处理模块，用于按照解析得到的逻辑块地址的大小升序或降序对所述主机的请求命令进行处理。

本发明实施例提供了一种固态硬盘存储系统，包括主机和固态硬盘，

所述主机，用于向所述固态硬盘发送请求命令；

所述固态硬盘，用于解析主机的请求命令获得所述主机的请求命令对应的逻辑块地址，并按照解析得到的逻辑块地址的大小升序或降序对所述主机的请求命令进行处理。

本发明实施例通过根据主机的请求命令的LBA的大小顺序，对主机的请求命令进行处理，使得LBA连续或接近的主机的请求命令可以连续处理，主机的请求命令可连续命中Cache节点，提高了Cache节点的命中率，有效提高了固态硬盘的读写响应速度和读写性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明固态硬盘的接口处理方法实施例一的流程示意图；

图2为本发明固态硬盘的接口处理方法实施例二的流程示意图；

图3为本发明实施例固态硬盘接口依次接收到的主机的请求命令的排序示意图以及主机的请求命令与缓存节点的对应关系示意图；

图4为本发明实施例中固态硬盘接口采用队列保存的请求命令的队列示意图；

图5为本发明实施例中固态硬盘接口采用链表保存的请求命令的链表示意图；

图6为本发明固态硬盘的接口处理方法实施例三的流程示意图；

图7为本发明固态硬盘实施例一的结构示意图；

图8为本发明固态硬盘实施例一中处理模块的结构示意图；

图9为本发明固态硬盘实施例二中处理模块的结构示意图；

图10为本发明固态硬盘实施例三的结构示意图；

图11为本发明固态硬盘存储系统实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明固态硬盘的接口处理方法实施例一的流程示意图。该方法包括以下步骤：

步骤101、解析主机的请求命令获得所述主机的请求命令对应的逻辑块地址；

步骤102、按照解析得到的逻辑块地址的大小升序或降序对所述主机的请求命令进行处理。

本发明实施例可应用于基于PCIE接口的固态硬盘中，具体地，固态硬盘接口接收到主机下发的请求命令如读请求命令或写请求命令后，可对主机下发的各请求命令进行解析，获得各请求命令的LBA，将主机顺序下发的各请求命令按照解析得到的LBA的大小以升序或降序重新进行排序，并可将重新排序后得到的排序表存储在固态硬盘的接口存储单元；固态硬盘可按照重新排序后得到的排序表中主机的各请求命令的排列顺序，顺序提取排序表中的主机的请求命令，调用固态硬盘的缓冲管理单元，由缓冲管理单元实现对主机的请求命令的处理，根据主机的请求命令进行相应操作，如对固态硬盘内主存储单元的读写或管理操作。其中，本发明实施例中所述的请求命令，可以是主机下发的写数据命令、读数据命令，或者是对数据进行管理的命令。

可以看出，本发明实施例中固态硬盘接口按照主机的请求命令的LBA大大小顺序进行处理，由于主机的请求命令按照LBA大小升序或降序排序后，LBA连续或相近的主机的请求命令顺序排列在一起；而且，由于LBA连续或相近的LBA对应的主机的请求命令通常会落在同一Cache节点，因此，本发明实施例对主机的请求命令按LBA大小顺序处理中，落在同一Cache节点的LBA连续或相近的主机的各请求命令可连续地命中Cache节点，提高了Cache节点的命中率，提高了数据读写的响应速度和读写性能。

本发明实施例根据主机的各请求命令的LBA的大小，顺序对主机的请求命令进行处理，使得LBA连续或相近的主机的请求命令连续处理，落在同一Cache节点的LBA连续或接近的请求命令可连续地命中Cache节点，提高了Cache节点的命中率，有效提高了固态硬盘的读写响应速度和读写性能。

图2为本发明固态硬盘的接口处理方法实施例二的流程示意图。本发明实施例可应用在基于PCIE接口的固态硬盘中，具体地，本发明实施例中的固态硬盘在接收到主机下发的新的请求命令之前，固态硬盘接口已存储有主机下发的请求命令的排序表，其中，该排序表是根据主机下发的请求命令的LBA的大小，按照升序或降序的排序规则排列而成，当固态硬盘接收到主机下发的新的请求命令时，可直接将该新的请求命令插入该排序表中。具体地，如图2所示，该方法可包括以下步骤：

步骤201、接收主机下发的新请求命令；

步骤202、解析所述新请求命令，得到所述新请求命令对应的LBA；

步骤203、根据所述新请求命令的LBA的大小，将所述新请求命令按照所述排序表的排序规则插入所述排序表中；

根据解析得到的所述新请求命令的LBA，可将所述新请求命令的LBA与固态硬盘接口中已存储的排序表中的各请求命令的LBA进行比较，并将其按照该排序表中各请求命令的LBA的排序规则，插入所述排序表中。

步骤204、按照所述排序表顺序处理所述主机的请求命令。

本发明实施例可将接收到的主机下发的新请求命令插入到固态硬盘接口的排序表中，使得固态硬盘在对主机的请求命令进行处理时，可一直按照排序表中主机的各请求命令的排列顺序，顺序执行请求命令，提高Cache节点的命中率。

图3为本发明实施例固态硬盘接口依次接收到的主机的请求命令的排序示意图以及主机的请求命令与缓存节点的对应关系示意图；图4为本发明实施例中固态硬盘接口采用队列保存的请求命令的队列示意图。本发明实施例中对接收到的主机的请求命令的进行重新排序得到的排序表可以采用队列形式排列，即排序表为队列表，该队列表为主机的各请求命令按照LBA的大小顺序排列而成的队列。具体地，如图3所示，假设固态硬盘的接口依次接收到的主机的请求命令为事务0，事务1，事务2，事务3，事务4，……，事务n(n非负整数)，且事务0的LBA落在Cache节点4，事务2和事务4的LBA落在Cache节点1，事务1和事务3的LBA落在Cache节点2。如图4所示，由于LBA相近或连续的请求命令对应的事务一般落在相同的Cache节点，因此，本发明实施例对主机的请求命令进行排序后得到的排序表对应的队列中，落在同一Cache节点的主机的请求命令对应的事务在排序表中是连续的，当固态硬盘按照该排序表对应的队列顺序调用缓冲管理模块对各请求命令对应的事务进行处理时，使得落在同一Cache节点的主机的各请求命令可连续命中Cache节点，有效提高了Cache节点的命中率，提高了固态硬盘的读写速度和读写性能。本发明实施例中，当接收到主机下发的新请求命令时，可将该新请求命令的LBA与作为排序表的队列表中的各请求命令的LBA进行对比，将其按照队列表的排序规则，插入队列表中。

图5为本发明实施例中固态硬盘接口采用链表保存的请求命令的链表示意图。本发明实施例中对接收到的主机的请求命令的进行重新排序得到的排序表也可以采用链表形式，即排序表为链表，且该链表为主机的各请求命令按照LBA的大小顺序排列而成，链表的每个节点对应一主机的请求命令。具体地，假设固态硬盘接口接收到的主机的请求命令与图3中相同，则如图5所示，本发明实施例获得的作为排序表的链表中LBA相近或连续的主机的请求命令在链表中处于相邻或连续的节点上，当固态硬盘按照在链表中顺序调用缓冲管理模块对主机的请求命令对应的事务进行处理时，同样可以连续命中Cache节点，有效提高了Cache节点的命中率，提高固态硬盘的读写速度和固态硬盘的读写性能。可以看出，通过采用链表作为排序表，当固态硬盘接收到主机下发的新请求命令时，只要将新请求命令的LBA与链表的各节点对应的请求命令的LBA对比，将其按照链表的排列顺序插入相应的节点的位置，在插入过程中，由于链表固有的特点，容易实现，操作性好，可有效提高对主机的请求命令的排序速度，进一步地提高固态硬盘的性能。

此外，本发明实施例中对接收到的主机的请求命令的进行重新排序得到的排序表也可以采用环形队列形式，即排序表可以为环形队列表，同样可以达到连续命中Cache节点的目的，提高固态硬盘的读写速度和性能。

图6为本发明固态硬盘的接口处理方法实施例三的流程示意图。该方法包括：

步骤301、对预设数量的主机的请求命令进行解析，获得所述预设数量的主机的请求命令的逻辑块地址；

步骤302、将所述主机的请求命令按照逻辑块大小升序或降序排列得到排序表；

步骤303、按照所述排序表顺序处理所述主机的请求命令。

本发明实施例可应用在基于PCIE协议接口的固态硬盘中，具体地，本发明实施例中固态硬盘的接口可根据需要对预设数量的主机的请求命令进行排序得到排序表，固态硬盘可根据该排序表中主机的请求命令的顺序调用缓冲管理单元对主机的请求命令进行处理，同样可以达到连续命中Cache节点的目的。由于PCIE协议默认支持32个未完成事务的处理，因此，在基于PCIE接口的固态硬盘中，本发明实施例中的该预设数量可以设定为32个，即固态硬盘一次可对32个的请求命令进行解析处理，同时，该预设数量也可以根据实际的需要而设定为合适值。当固态硬盘接口接收到多于预设数量的主机的请求命令后，可按照接收的先后顺序保存在固态硬盘接口的第一存储子模块，然后在该第一存储子模块内获取最先接收到的主机的32个请求命令，并将其按照LBA的大小以升序或降序重新排列，得到重新排序后的排序表，最后可根据主机的32个请求命令重新排序后得到的排序表，顺序调用缓冲管理单元，通过缓冲管理单元依次对排序表中主机的各请求命令进行相应的读写或管理操作等。

当固态硬盘对排序表中预设数量的主机的各请求命令处理完毕后，可继续对固态硬盘接口内存储的未处理的主机的请求命令按上述步骤进行处理。

此外，在预设时间内主机的请求命令达不到预设数量时，可对已经接收到的主机的请求命令进行解析。具体地，当缓冲管理单元空闲时，且固态硬盘接口接收到的主机的请求命令个数小于预设数量，且较长时间内无接收到新的请求命令时，可对固态硬盘已接收到的所有请求命令进行排序，并按照排序后的顺序依次对主机的请求命令进行处理，避免固态硬盘接口长期处于空闲状态，提高固态硬盘的读写性能，例如，可采用预设数量加超时机制对主机的请求命令进行排序处理，所述的超时机制即指在一定的时间间隔，如1ms内，若接收到的主机的请求命令不到预设数量时，可对已接收到的主机的请求命令进行排序、处理，提高主机请求命令处理的效率。

本发明实施例中排序得到的排序表可以为队列表或环形队列表或链表，排序表的具体结构可参照图4或图5所示，在此不再赘述。

可以看出，本发明实施例固态硬盘的接口处理方法通过对预设数量的主机的请求命令进行处理，将预设数量的主机的请求命令按照LBA的大小顺序排列，同样可以达到连续命中Cache节点的目的，提高了Cache节点的命中率，提高固态硬盘的读写速度和读写性能。

上述本发明各实施例中，主机的请求命令可以为基于PCIE协议的命令，且该PCIE协议的命令中PCIE协议的净荷字段上携带有承载协议，且该承载协议可以为SATA协议、小型计算机系统接口(Small Computer System Interface，简称SCSI)协议或自定义协议等，该承载协议携带有相应请求命令的LBA。所述主机的请求命令的LBA可为通过对所述PCIE协议的命令中PCIE协议的净荷字段上的承载协议进行解析后得到。

具体地，在基于PCIE接口的SSD应用中，由于PCIE协议是一种底层链路传输协议，其并非完整的通信协议，仅依靠PCIE协议无法完成主机和硬盘之间的数据读写、命令处理等通信，因此，本发明实施例中基于PCIE接口的固态硬盘可在PCIE协议上承载其它协议，如SATA协议、SCSI协议或自定义协议等，具体地，该承载协议可以携带在PCIE协议的净荷字段上。

上述本发明各实施例中，主机下发的请求命令均携带有唯一对应的事务号，当固态硬盘按照上述方法对主机的请求命令处理完毕后，可在处理结果上添加相应的事务号返回给主机，使得主机侧能够区分每个事务。

图7为本发明固态硬盘实施例一的结构示意图。该固态硬盘包括解析模块11和处理模块12，其中，解析模块11用于解析主机的请求命令获得所述主机的请求命令对应的逻辑块地址；处理模块12用于按照解析得到的逻辑块地址的大小升序或降序对所述主机的请求命令进行处理。

本发明实施例中，解析模块11对接收到的主机的请求命令进行解析，获得请求命令对应的LBA后，可通过处理模块12根据主机的各请求命令的LBA的升序或降序对主机的请求命令进行处理，可有效提高Cache命中率。

图8为本发明固态硬盘实施例一中处理模块的结构示意图。具体地，如图8所示，本发明实施例中所述的处理模块12可包括排序子模块121和处理子模块122，其中，排序子模块121用于将所述主机的请求命令按照逻辑块大小升序或降序排列得到排序表；处理子模块122用于按照所述排序表顺序处理所述主机的请求命令。

本发明实施例可对主机下发的请求命令进行处理，提高各请求命令的Cache节点的命中率，具体地，本发明实施例中的各功能模块的功能可通过上述本发明方法实施例来实现，在此不再赘述。

图9为本发明固态硬盘实施例二中处理模块的结构示意图。在上述本发明固态硬盘实施例一技术方案的基础上，本发明实施例处理模块12还可包括插入子模块123，其中，解析模块可用于当接收到主机下发的新请求命令时，解析所述新请求命令得到所述新请求命令对应的逻辑块地址；插入子模块123用于根据主机下发的新请求命令的逻辑块地址的大小，将所述新请求命令按照所述排序表的排序规则插入所述排序表中，由所述插入子模块123将其插入所述排序子模块121排列得到的排序表中。

本发明实施例提供的固态硬盘可对主机下发的各请求命令进行处理，提高Cache节点的命中率，具体地，本发明实施例中的各功能模块的功能可通过上述本发明方法实施例二来实现，在此不再赘述。

图10为本发明固态硬盘实施例三的结构示意图。本发明实施例包括解析模块13和处理模块14，其中，解析模块13可用于对预设数量的主机的请求命令进行解析，获得所述预设数量的主机的请求命令的逻辑块地址，或者，在预设时间内主机的请求命令达不到预设数量时，对已经接收到的主机的请求命令进行解析，获得主机的请求命令的逻辑块地址；处理模块14可用于根据解析模块13解析得到的主机的请求命令的LBA，按照解析得到的逻辑块地址的大小升序或降序对主机的请求命令进行处理。

本发明实施例可对主机下发的请求命令进行处理，提高各请求命令的Cache节点的命中率，具体地，本发明实施例中的各功能模块的功能可通过上述本发明方法实施例三来实现，在此不再赘述。

上述本发明固态硬盘的各实施例中，主机的请求命令可以为基于PCIE协议的命令，且该PCIE协议的命令中PCIE协议的净荷字段上携带有承载协议，且该承载协议可以为SATA协议、小型计算机系统接口(Small Computer System Interface，简称SCSI)协议或自定义协议等，该承载协议携带有相应请求命令的LBA。所述主机的请求命令的LBA可为通过对所述PCIE协议的命令中PCIE协议的净荷字段上的承载协议进行解析后得到。

图11为本发明固态硬盘存储系统实施例的结构示意图。该固态硬盘存储系统包括主机10和固态硬盘20，其中，主机10用于向固态硬盘20发送请求命令；固态硬盘20用于解析主机的请求命令获得所述主机的请求命令对应的逻辑块地址，并按照解析得到的逻辑块地址的大小升序或降序对所述主机的请求命令进行处理。

具体地，本实施例中固态硬盘20可以为本发明固态硬盘实施例中描述的结构及其功能，在此不再赘述。

本实施例固态硬盘存储系统可有效提高Cache节点的命中率，提高固态硬盘的读写速度和读写性能。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种固态硬盘的接口处理方法，其特征在于，包括：

解析主机的请求命令获得所述主机的请求命令对应的逻辑块地址；

按照解析得到的逻辑块地址的大小升序或降序对所述主机的请求命令进行处理。

2.根据权利要求1所述的固态硬盘的接口处理方法，其特征在于，所述按照解析得到的逻辑块地址的大小升序或降序对所述主机的请求命令进行处理包括：

将所述主机的请求命令按照逻辑块大小升序或降序排列得到排序表；

按照所述排序表顺序处理所述主机的请求命令。

3.根据权利要求1所述的固态硬盘的接口处理方法，其特征在于，所述解析主机的请求命令中，包括对预设数量的主机的请求命令进行解析，或在预设时间内主机的请求命令达不到预设数量时，对已经接收到的主机的请求命令进行解析。

4.根据权利要求2所述的固态硬盘的接口处理方法，其特征在于，还包括：

当接收到主机下发的新请求命令时，解析所述新请求命令得到所述新请求命令对应的逻辑块地址；

根据所述新请求命令的逻辑块地址的大小，将所述新请求命令按照所述排序表的排序规则插入所述排序表中。

5.根据权利要求2所述的固态硬盘的接口处理方法，其特征在于，所述排序表为队列表或环形队列表或链表。

6.根据权利要求1所述的固态硬盘的接口处理方法，其特征在于，所述主机的请求命令为基于PCIE协议的命令，其中，所述解析主机的请求命令获得所述主机的请求命令对应的逻辑块地址为：

对所述基于PCIE协议的命令中PCIE协议携带的承载协议进行解析，获得所述主机的请求命令对应的逻辑块地址。

7.一种固态硬盘，其特征在于，包括：

解析模块，用于解析主机的请求命令获得所述主机的请求命令对应的逻辑块地址；

处理模块，用于按照解析得到的逻辑块地址的大小升序或降序对所述主机的请求命令进行处理。

8.根据权利要求7所述的固态硬盘，其特征在于，所述处理模块包括：

排序子模块，用于将所述主机的请求命令按照逻辑块大小升序或降序排列得到排序表；

处理子模块，用于按照所述排序表顺序处理所述主机的请求命令。

9.根据权利要求8所述的固态硬盘，其特征在于：

所述解析模块还用于当接收到主机下发的所述新请求命令时，解析所述新请求命令得到所述新请求命令对应的逻辑块地址；

所述处理模块还包括：

插入子模块，用于根据主机下发的新请求命令的逻辑块地址的大小，将所述新请求命令按照所述排序表的排序规则插入所述排序表中。

10.一种固态硬盘存储系统，包括主机和固态硬盘，其特征在于：

所述主机，用于向所述固态硬盘发送请求命令；

所述固态硬盘，用于解析主机的请求命令获得所述主机的请求命令对应的逻辑块地址，并按照解析得到的逻辑块地址的大小升序或降序对所述主机的请求命令进行处理。

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