CN103020550A - 一种固态硬盘及其安全访问方法、固态硬盘系统 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于存储技术领域，提供了一种固态硬盘及其安全访问方法、固态硬盘系统。固态硬盘安全访问方法包括：固态硬盘根据上位机发来的分区信息建立多个分区，并为每个分区创建独立的逻辑物理地址映射表以及独立的空闲物理块池；固态硬盘接收到上位机对某个分区的I/O请求时，则固态硬盘从被请求的分区的空闲物理块池中分配空闲物理块。借此，本发明降低了固态硬盘在多分区多用户条件下数据泄密的可能性，提高了固态硬盘数据的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及存储技术领域，尤其涉及一种固态硬盘及其安全访问方法、固态硬盘系统。
背景技术
SSD(Solid State Disk，固态硬盘)是一种建立在标准NAND Flash等非挥发存储介质基础上的新一代存储设备，完全半导体化，无机械结构，具有低功耗、无噪音、抗震动、低热量等特点，不存在磁盘寻道时间，数据存取速度快，数据吞吐量能和IOPS(Input/Output Operations Per Second，即每秒进行读写操作的次数)能达到传统硬盘的数千倍。随着NAND Flash制造技术不断提高及成本的降低，有效地降低了SSD的成本，推进了SSD的应用普及。
LBA(Logical Block Address，逻辑块地址)是PC数据存储装置上用来表示数据所在位置的通用机制，最常见到使用它的装置就是硬盘。LBA可以指某个数据区块的地址或者某个地址上所指向的数据区块，例如LBA就等于平常使用的门牌地址(如：中华人民共和国广东省广州市中山四路26号)。而PBA(Physics Block Address、物理块地址)相对于LBA来说，它就如GPS定位所使用的经纬度(如上面地址的经纬度为：东经：113°16′40.0621″，北纬：23°07′37.6129″)。在HDD(Hard Disk Drive，硬盘驱动器)上，由于HDD的数据可以直接覆盖，所以LBA和PBA的关系是1∶1对应，不会变更，即LBA＝PBA。但SSD使用的存储介质NAND型闪存具有需要先擦除才能再写入、读写以页为单位及擦除以块(多个页组成)为单位的特性，导致LBA和PBA的关系不再是固定不变的。因此SSD就需要FTL(Flash translaton layer，闪存转换层)来作地址转换，以配合现有的文件系统。
FTL算法其实就是一种LBA到PBA的映射。当文件系统发送指令要写入或者更新一个特定的逻辑页时，FTL实际上是把数据写入到一个不同的空闲物理页并更新映射表(LBA和PBA的关联数据)，并把这个页上包含的“旧数据”标记为“无效”(更新后的数据已经写入新的PBA，旧地址的数据自然就失效了)。如图1所示，假设采用页面映射，在page0上写入数据(物理地址n)，接下来写入数据到page1(物理地址n+1)。接着page0数据被更新，但是更新后的数据并不是覆盖上去，FTL会把它写入到地址(n+2)上，然后标记(地址n)为“无效”。经过多次这样的操作后，这个块上就会装满了许多“有效”及“无效”的数据。采用块级地址映射的情况与之类似，只是地址映射的粒度为物理块。另外通过垃圾回收与磨损均衡，也会产生被无效的块。被无效后物理块会被放到全局的空闲块池中，等待下一次重新映射到新的LBA。
假设操作系统在SSD上划分为多个分区，每个分区分配给不同的用户使用，其分区与用户操作权限如图2所示，用户1仅对分区1有操作权限，用户2仅对分区2有操作权限。分区1里面的一个物理块中的数据被置为无效后，放回空闲池。当用户2访问分区2时，可能会正好申请到这个物理块并建立新的地址映射关系。如果用户2是写操作，那么写之前必须擦除整个块；但如果是读操作，则存在可能性读出其中的无效数据，也就是用户1曾经写入过的数据。可以看出，用户2如果恶意的不断扫描读取分区2，就存在非法访问到其他用户数据的可能性。
综上可知，现有固态硬盘访问方法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及其安全访问方法、固态硬盘系统，其降低了固态硬盘在多分区多用户条件下数据泄密的可能性，提高了固态硬盘数据的安全性
为了实现上述目的，本发明提供一种固态硬盘安全访问方法，所述方法包括如下步骤：
固态硬盘根据上位机发来的分区信息建立多个分区，并为每个分区创建独立的逻辑物理地址映射表以及独立的空闲物理块池；
固态硬盘接收到上位机对某个分区的I/O请求时，则所述固态硬盘从被请求的分区的空闲物理块池中分配空闲物理块。
根据本发明的固态硬盘安全访问方法，所述安全访问方法还包括：若某个分区中的物理块被释放时，则将被释放的物理块放入该分区的空闲物理块池。
根据本发明的固态硬盘安全访问方法，固态硬盘接收到上位机对某个分区的I/O请求之后还包括：
判断当前分区的物理空闲块池中是否有可用空闲物理块；
若当前分区的物理空闲块池中没有可用空闲物理块，则所述固态硬盘从被请求的分区的空闲物理块池中分配空闲物理块；
若当前分区的物理空闲块池中没有可用空闲物理块，则从所述固态硬盘的其他分区的空闲物理块池中获取空闲物理块。
根据本发明的固态硬盘安全访问方法，从所述固态硬盘的其他分区的空闲物理块池中获取空闲物理块的步骤还包括：
将从所述固态硬盘的其他分区的空闲物理块池中获取的空闲物理块进行擦除操作。
本发明相应提供一种固态硬盘系统，包括上位机以及与所述上位机连接的固态硬盘，所述固态硬盘包括：
分区建立模块，用于根据从上位机发来的分区信息建立多个分区；
分区地址映射模块，用于为每个分区创建独立的逻辑物理地址映射表。
分区空闲块管理模块，用于为每个分区创建并管理独立隔离的空闲物理块池，以及用于当所述固态硬盘接收到上位机对某个分区的I/O请求时，从被请求的分区的空闲物理块池中分配空闲物理块。
根据本发明的固态硬盘系统，所述固态硬盘包括物理块释放模块：用于某个分区中的物理块被释放时，则将被释放的物理块放入该分区的空闲物理块池。
根据本发明的固态硬盘系统，分区空闲块管理模块还用于判断当前分区的物理空闲块池中是否有可用空闲物理块；若当前分区的物理空闲块池中没有可用空闲物理块，则所述固态硬盘从被请求的分区的空闲物理块池中分配空闲物理块；若当前分区的物理空闲块池中没有可用空闲物理块，则从所述固态硬盘的其他分区的空闲物理块池中获取空闲物理块。
根据本发明的固态硬盘系统，所述固态硬盘还包括擦除模块，用于将从所述固态硬盘的其他分区的空闲物理块池中获取的空闲物理块进行擦除操作。
本发明还提供一种固态硬盘，所述固态硬盘包括：
分区建立模块，用于接收从上位机发来的分区信息，并建立分区；
分区地址映射模块，用于根据接收到的所述分区信息为每个分区创建独立的逻辑物理地址映射表。
分区空闲块管理模块，用于为每个分区创建并管理独立隔离的空闲物理块池，以及用于当所述固态硬盘接收到上位机对某个分区的I/O请求时，从被请求的分区的空闲物理块池中分配空闲物理块。
本发明通过为固态硬盘的多个分区分别建立独立的空闲物理块池，当固态硬盘接收到上位机对某个分区的I/O请求时，则从被请求的分区的空闲物理块池中分配空闲物理块。相对于现有技术中，固态硬盘的多个分区对应一个全局的空闲物理块池，使用者通过正常I/O操作也可能读取到无访问权限分区的数据。而在本分明中，若某个用户仅对其中一个分区有操作权限，对该分区的进行数据访问时，固态硬盘只会从被请求分区的空闲物理块池中分配空闲物理块，不会访问到其他分区中的空闲物理块的数据。从而降低了固态硬盘在多分区多用户条件下数据泄密的可能性，提高了固态硬盘数据的安全性。
附图说明
图1是现有技术中固态硬盘写入数据时，逻辑物理映射表更新的示意图；
图2是现有技术中固态硬盘分区与用户的对应关系的示意图；
图3是本发明固态硬盘系统的原理结构图；
图4是本发明一种实施例中固态硬盘多个分区的逻辑物理地址映射关系的示意图；
图5是本发明一种实施例中固态硬盘不同分区间的空闲物理块转移的示意图；
图6是本发明一种固态硬盘及其安全访问方法的流程图；
图7是本发明一种实施例中固态硬盘接收到对某个分区的I/O请求的处理流程图。
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。
如图3所示，本发明一种固态硬盘系统100，包括上位机10以及固态硬盘20，固态硬盘20包括分区建立模块21、分区地址映射模块22以及分区空闲块管理模块23。其中，分区建立模块21、分区地址映射模块22以及分区空闲块管理模块23具体可通过固态硬盘20的闪存转换层和/或闪存控制器来进行实现。
分区建立模块21用于根据从上位机10发来的分区信息建立多个分区。固态硬盘20以多个虚拟硬盘的形式呈现在上位机10中。其中上位机10将每个分区分配给不同的用户(软件应用)使用，其分区与用户操作权限可以参考如图2所示的现有技术。
分区地址映射模块22用于为每个分区创建独立的逻辑物理地址映射表。该对应关系可参考图4，固态硬盘10分为3个分区，其中物理地址为PBAq1～PBAq2为固态硬盘的分区1，其对应逻辑地址LBAp1～LBAp2；PBAq3～PBAq4为固态硬盘的分区2，其对应逻辑地址LBAp3～LBAp4；PBAqm～PBAqn为固态硬盘的分区3，其对应逻辑地址LBApj～LBApk。
分区空闲块管理模块23，用于为每个分区创建并管理独立隔离的空闲物理块池，用于当固态硬盘20接收到上位机10对某个分区的I/O请求时，从被请求的分区的空闲物理块池中分配空闲物理块。
优选的，固态硬盘20还包括物理块释放模块24，用于某个分区中的物理块被释放时，则将被释放的物理块放入该分区的空闲物理块池。如在图4中，PBAq3对应的物理块如果被释放，则放入到分区2的空闲物理块池中。
在一个实施例中，当上位机10发送指令要写入或者更新一个分区中的特定逻辑页时，固态硬盘20的闪存转换层实际上是把数据写入到该分区中一个不同的空闲物理页并更新该分区对应的逻辑物理地址映射表(LBA和PBA的关联数据)，并把这个页上包含的“旧数据”标记为“无效”，放入该分区的空闲物理块池。
本发明通过为固态硬盘20的多个分区分别建立独立的空闲物理块池，当固态硬盘20接收到上位机10对某个分区的I/O请求时，则从被请求的分区的空闲物理块池中分配空闲物理块。相对于现有技术中，固态硬盘的多个分区对应一个全局的空闲物理块池，使用者通过正常I/O操作也可能读取到无访问权限分区的数据。而在本分明中，若某个用户仅对其中一个分区有操作权限，对该分区的进行数据访问时，固态硬盘20只会从被请求分区的空闲物理块池中分配空闲物理块，不会访问到其他分区中的空闲物理块的数据。从而降低了固态硬盘20在多分区多用户条件下数据泄密的可能性，提高了固态硬盘20数据的安全性。
优选的是，分区空闲块管理模块23还用于判断当前分区的物理空闲块池中是否有可用空闲物理块；若当前分区的物理空闲块池中没有可用空闲物理块，则固态硬盘20从被请求的分区的空闲物理块池中分配空闲物理块；若当前分区的物理空闲块池中没有可用空闲物理块，则从固态硬盘20的其他分区的空闲物理块池中获取空闲物理块。固态硬盘20还包括擦除模块25，用于将从固态硬盘20的其他分区的空闲物理块池中获取的空闲物理块进行擦除操作。图5是本发明固态硬盘系统一种实施例中空闲物理块在分区间转移的示意图。从图5中可以看到，分区s空闲物理块池中的空闲物理块转移到分区t中的空闲物理块池时，需要进行数据擦除从操作，从而保证了分区s中数据不会被分区t的用户读取到。进一步提高了固态硬盘20数据的安全性。
图6是本发明一种固态硬盘安全访问方法的流程图，其通过如图3所示的固态硬盘系统100实现，该方法包括如下步骤：
步骤S601，固态硬盘根据上位机发来的分区信息建立多个分区，并为每个分区创建独立的逻辑物理地址映射表以及独立的空闲物理块池。本步骤通过分区建立模块21、分区地址映射模块22以及分区空闲块管理模块23共同实现。
步骤S602，固态硬盘接收到上位机对某个分区的I/O请求时，则所述固态硬盘从被请求的分区的空闲物理块池中分配空闲物理块。本步骤通过分区空闲块管理模块23实现。
优选的是，该安全访问方法还包括：若某个分区中的物理块被释放时，则将被释放的物理块放入该分区的空闲物理块池。
优选的是，在步骤S602中，固态硬盘接收到上位机对某个分区的I/O请求之后还包括：判断当前分区的物理空闲块池中是否有可用空闲物理块；若当前分区的物理空闲块池中没有可用空闲物理块，则固态硬盘从被请求的分区的空闲物理块池中分配空闲物理块；若当前分区的物理空闲块池中没有可用空闲物理块，则从固态硬盘的其他分区的空闲物理块池中获取空闲物理块，并将从固态硬盘的其他分区的空闲物理块池中获取的空闲物理块进行擦除操作。
图7是本发明一种实施例中固态硬盘接收到对某个分区的I/O请求的处理流程图，该流程包括：
步骤S701，固态硬盘的某个分区接收到I/O请求，需要分配新的空闲物理块。
步骤S702，判断当前分区空闲物理块池是否有可用空闲物理块，若是则进入步骤S703，否则进入步骤S704。
步骤S703，从当前分区的空闲物理块池中取得空闲物理块进行分配。
步骤S704，从其他分区空闲物理块池分配空闲物理块，并擦除其中的数据。
本发明还提供一种固态硬盘20，固态硬盘20包括：
分区建立模块21，用于接收从上位机10发来的分区信息，并建立分区；
分区地址映射模块22，用于根据接收到的分区信息为每个分区创建独立的逻辑物理地址映射表。
分区空闲块管理模块23，用于为每个分区创建并管理独立隔离的空闲物理块池，以及用于当固态硬盘20接收到上位机10对某个分区的I/O请求时，从被请求的分区的空闲物理块池中分配空闲物理块。
综上所述，本发明通过为固态硬盘的多个分区分别建立独立的空闲物理块池，当固态硬盘接收到上位机对某个分区的I/O请求时，则从被请求的分区的空闲物理块池中分配空闲物理块。相对于现有技术中，固态硬盘的多个分区对应一个全局的空闲物理块池，使用者通过正常I/O操作也可能读取到无访问权限分区的数据。而在本分明中，若某个用户仅对其中一个分区有操作权限，对该分区的进行数据访问时，固态硬盘只会从被请求分区的空闲物理块池中分配空闲物理块，不会访问到其他分区中的空闲物理块的数据。从而降低了固态硬盘在多分区多用户条件下数据泄密的可能性，提高了固态硬盘数据的安全性。
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 (9)
1.一种固态硬盘安全访问方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
固态硬盘根据上位机发来的分区信息建立多个分区，并为每个分区创建独立的逻辑物理地址映射表以及独立的空闲物理块池；
所述固态硬盘接收到所述上位机对某个分区的I/O请求时，则所述固态硬盘从被请求的分区的空闲物理块池中分配空闲物理块。
2.根据权利要求1所述的固态硬盘安全访问方法，其特征在于，所述安全访问方法还包括：若某个分区中的物理块被释放时，则将被释放的物理块放入该分区的空闲物理块池。
3.根据权利要求1所述的固态硬盘安全访问方法，其特征在于，所述固态硬盘接收到所述上位机对某个分区的I/O请求之后还包括：
判断当前分区的物理空闲块池中是否有可用空闲物理块；
若当前分区的物理空闲块池中没有可用空闲物理块，则所述固态硬盘从被请求的分区的空闲物理块池中分配空闲物理块；
若当前分区的物理空闲块池中没有可用空闲物理块，则从所述固态硬盘的其他分区的空闲物理块池中获取空闲物理块。
4.根据权利要求3所述的的固态硬盘安全访问方法，其特征在于，从所述固态硬盘的其他分区的空闲物理块池中获取空闲物理块的步骤还包括：
将从所述固态硬盘的其他分区的空闲物理块池中获取的空闲物理块进行擦除操作。
5.一种固态硬盘系统，包括上位机以及与所述上位机连接的固态硬盘，其特征在于，所述固态硬盘包括：
分区建立模块，用于根据从上位机发来的分区信息建立多个分区；
分区地址映射模块，用于为每个分区创建独立的逻辑物理地址映射表。
分区空闲块管理模块，用于为每个分区创建并管理独立隔离的空闲物理块池，以及用于当所述固态硬盘接收到上位机对某个分区的I/O请求时，从被请求的分区的空闲物理块池中分配空闲物理块。
6.根据权利要求5所述的固态硬盘系统，其特征在于，所述固态硬盘包括物理块释放模块：用于某个分区中的物理块被释放时，则将被释放的物理块放入该分区的空闲物理块池。
7.根据权利要求6所述的固态硬盘系统，其特征在于，分区空闲块管理模块还用于判断当前分区的物理空闲块池中是否有可用空闲物理块；若当前分区的物理空闲块池中没有可用空闲物理块，则所述固态硬盘从被请求的分区的空闲物理块池中分配空闲物理块；若当前分区的物理空闲块池中没有可用空闲物理块，则从所述固态硬盘的其他分区的空闲物理块池中获取空闲物理块。
8.根据权利要求7所述的固态硬盘系统，其特征在于，所述固态硬盘还包括擦除模块，用于将从所述固态硬盘的其他分区的空闲物理块池中获取的空闲物理块进行擦除操作。
9.一种固态硬盘，其特征在于，所述固态硬盘包括：
分区建立模块，用于接收从上位机发来的分区信息，并建立分区；
分区地址映射模块，用于根据接收到的所述分区信息为每个分区创建独立的逻辑物理地址映射表。
分区空闲块管理模块，用于为每个分区创建并管理独立隔离的空闲物理块池，以及用于当所述固态硬盘接收到上位机对某个分区的I/O请求时，从被请求的分区的空闲物理块池中分配空闲物理块。
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