CN101976182A - 一种固态硬盘预读取的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固态硬盘预读取的方法及其装置，所述方法包括：设置固态硬盘的预读取度值；根据所述预读取度值，读取所述固态硬盘存储的数据。借此，本发明提高了固态硬盘在连续数据读取时的效率。

Description

一种固态硬盘预读取的方法及其装置

技术领域

本发明涉及电子信息领域，尤其涉及一种固态硬盘预读取的方法及其装置。

背景技术

SSD(Solid State Disk或Solid State Drive，固态硬盘)，也称作电子硬盘或者固态电子盘，其没有普通硬盘的旋转介质，因而抗震性极佳。固态硬盘的存储模块是单个的Flash芯片，目前的Flash芯片的组织形式一般都是分两级：block(块)和page(页)。页的大小有1KB，2KB，4KB等，且随着工艺的发展，有增大的趋势；每一个块一般包含16、32、64或更多的页。

在主机需要从固态硬盘中读取一页数据时，主机需要给出的命令类似read(LPA，N)，其中LPA(Logical Page Address，逻辑页地址)代表逻辑页地址，其取值范围从0-LPA_MAX，其中LPA_MAX等于固态硬盘中用户所见的总页数。N代表从LPA开始需要连续写入的页数。在固态硬盘内部，页的读取操作是以类似read(BlockNumber，PageNumber)的形式给出的，其中BlockNumber是块地址，PageNumber是块内页地址。为方便表述起见，定义物理页地址PPA＝BlockNumber*每块的页数+PageNumber。由于主机给出的地址和固态硬盘内的地址不同，另一方面，由于NAND(闪存)无法本地更新造成有效数据的位置经常会变化，所以固态硬盘提供了一种地址映射机制，保证从主机给出的逻辑地址能够迅速、准确地找到固态硬盘内对应的物理地址。读取固态硬盘采用的映射机制可以分为页映射、块映射和混合映射三种。

下表为页映射的地址映射表的一示例，表格中物理页地址栏中的数字仅用于说明，不代表任何实际的映射关系。基于页映射的读取某一页的过程如下：主机给出所需要读取页的逻辑页地址，比如0002，固态硬盘控制器根据该逻辑地址，从映射表里查到逻辑页地址为0002的项，则可以得到对应的物理页地址为0637；如果该页对应的有效位为1，则固态硬盘可以根据这个物理页地址读取相应的内容，读取过程结束。如果有效位为0，则返回系统“无法找到数据页”提示。

逻辑页地址	物理页地址	标志位
			0000	0325	1
0001	0332	0
			0002	0637	1
0003	0638	1
			…	…	…

…	…	…
			LPA_MAX	9974	0

但是，由于固态硬盘中数据的读、写的单位是页，单个页的读取时间一般在几十微秒，而写入时间一般在几百微秒。由于Flash芯片不能in-place update(原地更新)，即如果某地址处已经写入内容，同一地址就不能再写入其他数据，必须在写入之前有一个erase(擦除)的操作。这个擦除操作的单位是块，需要毫秒级的擦除时间，非常耗时。

对于每一次连续数据的读取，都要经过一个地址转换的过程，这在效率是是存在损失的。每次传输指令提供的数据传输长度N描述字段表述了该次传输所需读写的页数。利用这个N值，可以进行预读取，同时读取连续的多个页。此外，由于数据存储与处理的局部性，下一次数据操作的逻辑地址往往会是紧跟在本次操作的逻辑地址之后。这样，我们也可以在本次操作进行时进行预读取操作，这样就很肯能将下一次运算的数据提前读出，达到了提高系统性能的目的。

综上可知，现有固态硬盘读取数据的技术，在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

发明内容

针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种固态硬盘预读取的方法及其装置，以提高读取固态硬盘连续数据的效率。

为了实现上述目的，本发明提供一种固态硬盘预读取的方法，包括：

设置固态硬盘的预读取度值；

根据所述预读取度值，读取所述固态硬盘存储的数据。

根据所述的固态硬盘预读取的方法，所述设置固态硬盘的预读取度值的步骤包括：

根据所述固态硬盘当前工作负载的情况，设置所述固态硬盘的预读取度值；或者，

根据所述固态硬盘当前工作负载变化的情况，调整所述固态硬盘的预读取度值。

根据所述的固态硬盘预读取的方法，在所述根据所述固态硬盘当前工作负载变化的情况，调整所述固态硬盘的预读取度值的步骤中，当所述固态硬盘当前工作负载增大时，减小所述预读取度值；当所述固态硬盘当前工作负载减小时，增大所述预读取度值。

根据所述的固态硬盘预读取的方法，所述根据所述预读取度值，读取所述固态硬盘存储的数据的步骤包括：

接收读取所述固态硬盘存储的数据的指令，根据所述指令中的第一组逻辑地址查找对应的地址映射表中所述第一组逻辑地址对应的第一组物理地址，并读取所述第一组物理地址下存储的第一组数据；

查找紧邻所述第一组逻辑地址于所述预读取度值范围内的第二组逻辑地址，并根据所述第二组逻辑地址查找对应的地址映射表中所述第二组逻辑对应的第二组物理地址，并读取所述第二组物理地址下存储的第二组数据；

将所述第一组数据和第二组数据返回到所述固态硬盘的缓存中。

为了实现上述另一发明目的，本发明还提供了一种固态硬盘预读取的装置，包括：

设置模块，用于设置固态硬盘的预读取度值；

预读取模块，用于根据所述预读取度值，读取所述固态硬盘存储的数据。

根据所述的固态硬盘预读取的装置，所述设置模块包括：

设置子模块，根据所述固态硬盘当前工作负载的情况，设置所述固态硬盘的预读取度值；

设置调整子模块，根据所述固态硬盘当前工作负载变化的情况，调整所述固态硬盘的预读取度值。

根据所述的固态硬盘预读取的装置，所述设置调整子模块在所述固态硬盘当前工作负载增大时，减小所述预读取度值；在所述固态硬盘当前工作负载减小时，增大所述预读取度值。

根据所述的固态硬盘预读取的装置，所述预读取模块包括：

接收子模块，用于接收读取所述固态硬盘存储数据的指令；

查找子模块，用于根据所述指令中的第一组逻辑地址查找对应的地址映射表中所述第一组逻辑地址对应的第一组物理地址；以及查找紧邻所述第一组逻辑地址于所述预读取度值范围内的第二组逻辑地址，并根据所述第二组逻辑地址查找对应的地址映射表中所述第二组逻辑对应的第二组物理地址；

读取子模块，用于读取所述第一组物理地址下存储的第一组数据；

预读取子模块，用于读取所述第二组物理地址下存储的第二组数据；

存储子模块，用于将所述第一组数据和第二组数据返回到所述固态硬盘的缓存中。

本发明通过预先设置固态硬盘的预读取度值，在根据读取指令读取固态硬盘中逻辑地址处的数据时，同时查找紧邻当前逻辑地址处于预读取度值范围内的逻辑地址所对应的物理地址，并读取该物理地址下的数据，并将这些读取到的数据返回到固态硬盘的缓存中。由于一般情况下，系统很有可能在很短时间内会读取这些相邻的数据，而本发明预先读取了这些相邻的数据，这样将提高固态硬盘的性能以及固态硬盘内部总线带宽的利用率，进而提高固态硬盘读取连续数据的效率。进一步的，预读取度值还可以根据当前固态硬盘工作负载的情况进行动态调整，保证了固态硬盘工作的稳定性。

附图说明

图1是本发明提供的固态硬盘预读取的装置的结构示意图；

图2是本发明一个实施例提供的固态硬盘预读取的装置的结构示意图；

图3是本发明提供的固态硬盘预读取的方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的基本思想是：预先设置固态硬盘的预读取度值，在固态硬盘中读取当前逻辑地址处的数据时，查找紧邻当前逻辑地址处于预读取度值范围内的逻辑地址所对应的物理地址，并读取该物理地址下的数据，将该数据存储到固态硬盘的缓存中。根据局部性原理，程序很有可能在很短时间内会读取这些预读取的数据，这将会大大提高固态硬盘读取连续数据的效率。

参见图1，本发明提供了一种固态硬盘预读取的装置10，包括：

设置模块11，用于设置固态硬盘的预读取度值；

预读取模块12，用于根据所述预读取度值，读取所述固态硬盘存储的数据。

在读取固态硬盘存储的数据之前，通过设置模块11设置固态硬盘的预读取度值，预读取度值可以根据固态硬盘结构、性能以及当前的工作负载情况设置。在读取固态硬盘存储的数据时，预读取模块12根据该预读取度值读取固态硬盘存储的数据，并将这些数据返回固态硬盘的缓存中，等待被使用。

参见图2，在本发明的一个实施例中，所述设置模块11包括：

设置子模块111，根据所述固态硬盘当前工作负载的情况，设置所述固态硬盘的预读取度值；

设置调整子模块112，根据所述固态硬盘当前工作负载变化的情况，调整所述固态硬盘的预读取度值。

设置模块11对预读取度值的设置包括设置子模块111根据述固态硬盘当前工作负载的情况，设置所述固态硬盘的预读取度值；或者是在置子模块111设置了预读取度值后，设置调整子模块112根据固态硬盘当前工作负载变化的情况，调整所述固态硬盘的预读取度值。例如，设置调整子模块112在所述固态硬盘当前工作负载增大时，减小所述预读取度值；在所述固态硬盘当前工作负载减小时，增大所述预读取度值，以适应固态硬盘的工作负荷，提高固态硬盘内部总线带宽的利用率。

在本发明的一个实施例中，所述预读取模块12包括：

接收子模块121，用于接收读取所述固态硬盘存储数据的指令；

查找子模块122，用于根据所述指令中的第一组逻辑地址查找对应的地址映射表中所述第一组逻辑地址对应的第一组物理地址；以及查找紧邻所述第一组逻辑地址于所述预读取度值范围内的第二组逻辑地址，并根据所述第二组逻辑地址查找对应的地址映射表中所述第二组逻辑对应的第二组物理地址；

读取子模块123，用于读取所述第一组物理地址下存储的第一组数据；

预读取子模块124，用于读取所述第二组物理地址下存储的第二组数据；

存储子模块125，用于将所述第一组数据和第二组数据返回到所述固态硬盘的缓存中。

参见图3，本发明提供了一种固态硬盘预读取的方法，该方法利用上述固态硬盘预读取的装置10实现，包括：

步骤S301中，设置固态硬盘的预读取度值；

步骤S302中，根据所述预读取度值，读取所述固态硬盘存储的数据。

在步骤S301中，设置模块11中的设置子模块111根据所述固态硬盘当前工作负载的情况，设置所述固态硬盘的预读取度值；或者，设置调整子模块112根据所述固态硬盘当前工作负载变化的情况，调整所述固态硬盘的预读取度值。其中，当所述固态硬盘当前工作负载增大时，减小所述预读取度值；当所述固态硬盘当前工作负载减小时，增大所述预读取度值。

在步骤S302中包括：接收读取所述固态硬盘存储的数据的指令，根据所述指令中的第一组逻辑地址查找对应的地址映射表中所述第一组逻辑地址对应的第一组物理地址，并读取所述第一组物理地址下存储的第一组数据的步骤；

查找紧邻所述第一组逻辑地址于所述预读取度值范围内的第二组逻辑地址，并根据所述第二组逻辑地址查找对应的地址映射表中所述第二组逻辑对应的第二组物理地址，并读取所述第二组物理地址下存储的第二组数据的步骤；以及

将所述第一组数据和第二组数据返回到所述固态硬盘的缓存中的步骤。

虽然读取固态硬盘采用的映射机制可以分为页映射、块映射和混合映射三种，但由于固态硬盘预读取的装置10实现本发明提供的固态硬盘预读取的方法不依赖于具体的映射机制而实现，因此在本发明中以页映射作为例子进行说明。本发明发明的一个实施例中，固态硬盘中已有的地址映射表内容如下表：

逻辑页地址	物理页地址	标志位
			0000	0325	1
0001	0332	0
			0002	0637	1
…	…	…
			0012	0423	1
0013	0724	1
			0014	0874	1
…	…	…
			LPA_MAX	9974	0

而当前固态硬盘预读取度值为1，主机发送读取固态硬盘中的某逻辑地址下的数据的指令，则接收子模块121接收该指令；查找子模块122根据所述指令中逻辑地址0012通过预读取子模块124读取物理地址0432下的数据；当读取子模块123正在读取逻辑地址为0012的内容，查找子模块122查找逻辑地址0013对应的物理地址0724，存储子模块125根据上述的映射表，将物理地址为0423的内容读出并返回给主机。并且读取子模块123会根据正在读取的逻辑地址0012，利用查找子模块122在地址映射表中寻找到逻辑地址为0013的一行，并查找到相应的物理地址0724；这个物理地址与逻辑地址为0012所对应的物理地址0423并不相同，但是由于固态硬盘的读取不需机械动作，定位很快，因此固态硬盘预读取的装置10可以用较小的代价读取出物理地址为0724的内容，并同物理地址0423的内容由存储子模块125一起返回给固态硬盘的缓存中。根据程序的局部性原理，主机有很大的可能在很短的时间内会继续读取逻辑地址为0013那一页的内容。这时，由于这页的内容已经预读取到固态硬盘的缓存中，对这一页的读取将直接在缓存中完成，而无需再进行通常读取一页数据所需进行的操作，包括地址映射表的查找、从闪存中读取数据的过程，大大提高固态硬盘的性能。在本发明的一个实施例中，固态硬盘预读取的装置10还包括了固态硬盘控制器，固态硬盘控制器实现对固态硬盘数据读取、存储的控制。

在本发明中，根据固态硬盘设计的不同，固态硬盘的工作状态甚至是用户的需要，预读取度值的大小是可以调节的。比如上述预读取度值等于1的情形。当设置调整子模块112判断固态硬盘当前的工作负载较之前减小时，设置调整子模块112则可以调整预读取度值的长度为2，提高对固态硬盘预读取数据的数量。则与上一实施例不同的是，固态硬盘会同时将逻辑地址为0013、0014两个页的内容预读取出来。对于其他长度的预读取度值的实现，可以依此类推。当然，设置调整子模块112还可以在判断固态硬盘当前的工作负载较之前增大时，减小预读取度值的长度，以维持固态硬盘工作的稳定性。

综上所述，本发明通过预先设置固态硬盘的预读取度值，在根据读取指令读取固态硬盘中逻辑地址处的数据时，同时查找紧邻当前逻辑地址处于预读取度值范围内的逻辑地址所对应的物理地址，并读取该物理地址下的数据，并将这些读取到的数据返回到固态硬盘的缓存中。由于一般情况下，系统很有可能在很短时间内会读取这些相邻的数据，而本发明预先读取了这些相邻的数据，这样将提高固态硬盘的性能以及固态硬盘内部总线带宽的利用率，进而提高固态硬盘读取连续数据的效率。进一步的，预读取度值还可以根据当前固态硬盘工作负载的情况进行动态调整，保证了固态硬盘工作的稳定性。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种固态硬盘预读取的方法，其特征在于，包括：

设置固态硬盘的预读取度值；

根据所述预读取度值，读取所述固态硬盘存储的数据。

2.根据权利要求1所述的固态硬盘预读取的方法，其特征在于，所述设置固态硬盘的预读取度值的步骤包括：

根据所述固态硬盘当前工作负载的情况，设置所述固态硬盘的预读取度值；

或者，

根据所述固态硬盘当前工作负载变化的情况，调整所述固态硬盘的预读取度值。

3.根据权利要求2所述的固态硬盘预读取的方法，其特征在于，在所述根据所述固态硬盘当前工作负载变化的情况，调整所述固态硬盘的预读取度值的步骤中，当所述固态硬盘当前工作负载增大时，减小所述预读取度值；当所述固态硬盘当前工作负载减小时，增大所述预读取度值。

4.根据权利要求1所述的固态硬盘预读取的方法，其特征在于，所述根据所述预读取度值，读取所述固态硬盘存储的数据的步骤包括：

接收读取所述固态硬盘存储的数据的指令，根据所述指令中的第一组逻辑地址查找对应的地址映射表中所述第一组逻辑地址对应的第一组物理地址，并读取所述第一组物理地址下存储的第一组数据；

查找紧邻所述第一组逻辑地址于所述预读取度值范围内的第二组逻辑地址，并根据所述第二组逻辑地址查找对应的地址映射表中所述第二组逻辑对应的第二组物理地址，并读取所述第二组物理地址下存储的第二组数据；

将所述第一组数据和第二组数据返回到所述固态硬盘的缓存中。

5.一种固态硬盘预读取的装置，其特征在于，包括：

设置模块，用于设置固态硬盘的预读取度值；

预读取模块，用于根据所述预读取度值，读取所述固态硬盘存储的数据。

6.根据权利要求5所述的固态硬盘预读取的装置，其特征在于，所述设置

模块包括：

设置子模块，根据所述固态硬盘当前工作负载的情况，设置所述固态硬盘的预读取度值；

设置调整子模块，根据所述固态硬盘当前工作负载变化的情况，调整所述固态硬盘的预读取度值。

7.根据权利要求6所述的固态硬盘预读取的装置，其特征在于，所述设置调整子模块在所述固态硬盘当前工作负载增大时，减小所述预读取度值；在所述固态硬盘当前工作负载减小时，增大所述预读取度值。

8.根据权利要求5所述的固态硬盘预读取的装置，其特征在于，所述预读取模块包括：

接收子模块，用于接收读取所述固态硬盘存储数据的指令；

查找子模块，用于根据所述指令中的第一组逻辑地址查找对应的地址映射表中所述第一组逻辑地址对应的第一组物理地址；以及查找紧邻所述第一组逻辑地址于所述预读取度值范围内的第二组逻辑地址，并根据所述第二组逻辑地址查找对应的地址映射表中所述第二组逻辑对应的第二组物理地址；

读取子模块，用于读取所述第一组物理地址下存储的第一组数据；

预读取子模块，用于读取所述第二组物理地址下存储的第二组数据；

存储子模块，用于将所述第一组数据和第二组数据返回到所述固态硬盘的缓存中。

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