CN103412727A - 优化固态硬盘的删减命令的方法及其固态硬盘 - Google Patents

Abstract

本发明适用于存储技术领域，提供了一种优化固态硬盘的删减命令的方法及其固态硬盘，所述方法包括如下步骤：A、在固态硬盘的删减命令下发时，对所述删减命令进行修整；B、在预设条件到达时，将修整后的所述删减命令下发。借此，本发明减少了固态硬盘的写入放大，提高了固态硬盘的寿命。

Description

优化固态硬盘的删减命令的方法及其固态硬盘

技术领域

本发明涉及存储技术领域，尤其涉及一种优化固态硬盘的删减命令的方法及其固态硬盘。

背景技术

SSD（Solid State Disk，固态硬盘）是一种基于永久性存储器，如闪存，或非永久性存储器，SDRAM（SynchronousDynamicRandomAccessMemory，同步动态随机存取存储器）的计算机外部存储设备。其具有读写速度快，低功耗，无噪音，抗震动，低热量，体积小，工作范围大，广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空等、导航设备等领域。如果能够克服容价比低，和寿命限制，将会得到更广泛的应用。

当一个文件被删除后，操作系统其实并没有删除数据，事实上，它只是在硬盘前得索引区里标记这块文件占用的区域为可覆盖的，所以下次数据将要再次写入的时候，可以覆盖写入这块被标记的区域。普通的机械硬盘可以直接覆写旧的区域，而固态硬盘进行的读写动作却与机械硬盘完全不同，而这就是固态硬盘在使用一段时间后性能直线下降的原因：在全部闪存被写满一遍后，没有从未被写过的快可以使用的情况下，闪存不会直接覆写区域，而是必须进行擦除之后，才能再次被用于写入。在固态硬盘闪存内，数据存储一般以页（Page）为最小单位存储的（典型的为4KB），而128个页组成了一个块（block），数据可以以4KB大小的页来读取和写入，但却只能以512KB（128页）的块大小来删除。当读取数据或者写入到一个没有被使用过的页时，固态硬盘的速度是很快的，但是覆写数据的话，只能覆写数据到之前被操作系统标记为删除的区域：首先要把整个521KB块复制进缓存里，然后在缓存里删除整个4KB页，替换成新的数据，接着清空整个闪存内的整个512KB区域，并从缓存里把新的数据写回去。如果需要同时覆写很多的块，写入速度就会直线下降。为了解决这个问题，TRIM（删减）技术就被开发了出来，通过TRIM指令，操作系统在进行删除动作后，会通知固态硬盘的控制芯片该资料区块已可删除，固态硬盘便会在系统空闲时进行数据擦除动作，不让无用资料一直占用NAND Flash（闪存），这样在下一次写入数据时就不用再等待数据块擦除，而是能够直接进行写操作了，磁盘写入性能能够大幅提高。

目前支持TRIM命令的操作系统都是比较新的系统，对TRIM命令的需要进一步优化，以稳定系统性能和延长固态硬盘寿命。但是，目前暂无较为有效的TRIM命令的优先技术

综上可知，现有的优化固态硬盘的删减命令技术在实际使用上，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优化固态硬盘的删减命令的方法及其固态硬盘，以减少固态硬盘的写入放大，提高了固态硬盘的寿命。

为了实现上述目的，本发明提供一种优化固态硬盘的删减命令的方法，所述方法包括如下步骤：

A、在固态硬盘的删减命令下发时，对所述删减命令进行修整；

B、在预设条件到达时，将修整后的所述删减命令下发。

根据所述的方法，在所述步骤A之前包括：

C、获取所述固态硬盘的闪存芯片的块的大小和/或设置计时器；

D、预设所述删减命令缓存的时间阈值和/或所述删减命令长度的阈值。

根据所述的方法，所述步骤A包括：

A1、在所述固态硬盘的删减命令下发时，启动所述计时器计时所述删减命令缓存的时间；

A2、在所述删减命令具有对齐、分裂和/或聚合的特征时，以所述闪存芯片的块的大小为单位对所述删减命令进行对齐、分裂和/或聚合方式的修整。

根据所述的方法，所述步骤B包括：

B1、在修整后的所述删减命令的长度到达预设的所述删减命令长度的阈值时，将所述删减命令下发；

B2、在所述计时器计时的时间达到所述时间阈值时，将修整后的所述删减命令以及不具有对齐、分裂和/或聚合的特征的所述删减命令下发。

根据所述的方法，所述删减命令长度的阈值为所述闪存芯片的块的大小的整数倍。

为了实现本发明的另一发明目的，本发明还提供了一种固态硬盘，包括：

修整模块，用于在固态硬盘的删减命令下发时，对所述删减命令进行修整；

下发模块，用于在预设条件到达时，将修整后的所述删减命令下发。

根据所述的固态硬盘，所述固态硬盘还包括：

获取模块，用于获取所述固态硬盘的闪存芯片的块的大小和/或设置计时器；

预设模块，用于预设所述删减命令缓存的时间阈值和/或所述删减命令长度的阈值。

根据所述的固态硬盘，所述修整模块包括：

启动子模块，用于在所述固态硬盘的删减命令下发时，启动所述计时器计时所述删减命令缓存的时间；

修整子模块，用于在所述删减命令具有对齐、分裂和/或聚合的特征时，以所述闪存芯片的块的大小为单位对所述删减命令进行对齐、分裂和/或聚合方式的修整。

根据所述的固态硬盘，所述下发模块包括：

第一下发子模块，用于在修整后的所述删减命令的长度到达预设的所述删减命令长度的阈值时，将所述删减命令下发；

第二下发子模块，用于在所述计时器计时的时间达到所述时间阈值时，将修整后的所述删减命令以及不具有对齐、分裂和/或聚合的特征的所述删减命令下发。

根据所述的固态硬盘，所述删减命令长度的阈值为所述闪存芯片的块的大小的整数倍。

本发明通过在固态硬盘的删减命令下发时，对所述删减命令进行修整；并在预设条件到达时，将修整后的所述删减命令下发。由此提供了优化了固态硬盘删减命令的实现方式，可以对来自上层文件系统的删减命令进行优化，对原本处于无序状态的删减命令进行重新的分裂，聚合与对齐，让固态硬盘控制器得到更多已经对齐和整数倍于块大小的删减命令，减少了写入放大，提高了固态硬盘的寿命。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的固态硬盘的结构示意图；

图2是本发明第二、三实施例提供的固态硬盘的结构示意图；

图3是本发明第四实施例提供的优化固态硬盘的删减命令的方法流程图；

图4是本发明一个实施例提供的优化固态硬盘删减命令原理示意图；

图5是本发明一个实施例提供的优化固态硬盘删减命令的方法流程图。

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。

参见图1，在本发明的第一实施例中，提供了一种固态硬盘100，包括：

修整模块10，用于在固态硬盘100的删减命令下发时，对所述删减命令进行修整；

下发模块20，用于在预设条件到达时，将修整后的所述删减命令下发。

在该实施例中，修整模块10首先对需要下发的固态硬盘100的删减命令进行修整，具体的包括将删减命令对齐、分裂或者是聚合等，然后由下发模块20将修整后的所述删减命令下发。由此，可以提高删减命令处理效率，优化固态硬盘100的删减命令。

参见图2，在本发明的第二实施例中，所述固态硬盘100还包括：

获取模块30，用于获取所述固态硬盘100的闪存芯片的块（block）的大小和/或设置计时器；

预设模块40，用于预设所述删减命令缓存的时间阈值和/或所述删减命令长度的阈值。

在该实施例中，获取模块30将根据固态硬盘100的使用的闪存芯片结构特征，获取闪存芯片的块的大小；并且还设置一计时器，该计时器用于计时所述删减命令缓存的时间，也可以说是该删减命令的修整时间。预设模块40则预设所述删减命令缓存的时间阈值和/或所述删减命令长度的阈值。优选的，所述删减命令长度的阈值为所述闪存芯片的块的大小的整数倍。而该删减命令缓存的时间阈值可以根据固态硬盘100的性能以及处理数据的能力等进行设置，还可以进行动态的调整。

参见图2，在本发明的第三实施例中，修整模块10包括：

启动子模块11，用于在所述固态硬盘100的删减命令下发时，启动所述计时器计时所述删减命令缓存的时间；

修整子模块12，用于在所述删减命令具有对齐、分裂和/或聚合的特征时，以所述闪存芯片的块的大小为单位对所述删减命令进行对齐、分裂和/或聚合方式的修整。

下发模块20包括：

第一下发子模块21，用于在修整后的所述删减命令的长度到达预设的所述删减命令长度的阈值时，将所述删减命令下发；

第二下发子模块22，用于在所述计时器计时的时间达到所述时间阈值时，将修整后的所述删减命令以及不具有对齐、分裂和/或聚合的特征的所述删减命令下发。

在该实施例中，通过在所述固态硬盘100的删减命令下发时，启动子模块11将启动所述计时器计时所述删减命令缓存的时间。另外修整子模块12还将判断下发的删减命令的是否具有优化特征，即删减命令是否能够进行对齐、分裂和/或聚合。若可以，则修整子模块12以所述闪存芯片的块的大小为单位对所述删减命令进行对齐、分裂和/或聚合方式的修整，可以使优化后的删减命令易于被处理。并且，在修整后的所述删减命令的长度到达预设的所述删减命令长度的阈值时，第一下发子模块21将所述删减命令下发；或者第二下发子模块22在所述计时器计时的时间达到所述时间阈值时，将修整后的所述删减命令以及不具有对齐、分裂和/或聚合的特征的所述删减命令下发。

具体的，在固态硬盘100执行来自操作系统的删减命令的过程中，对相关的删减命令的起始地址和长度与获取到的固态盘的闪存芯片的块长度进行比较，然后对删减命令进行地址的偏移与闪存芯片的块地址对齐，对删减命令的长度进行分裂和聚合，对于无法对齐和长度不为块地址长度整数倍的删减命令，实行超时机制。根据闪存芯片的实际情况对删减命令进行了优化，可以减少闪存的擦除次数，延长闪存芯片的使用寿命。上述的固态硬盘100的多个模块可以为软件单元，硬件单元或软硬件结合单元。

参见图3，在本发明的第四实施例中，提供了一种优化固态硬盘100的删减命令的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S301中，修整模块10在固态硬盘100的删减命令下发时，对所述删减命令进行修整；

步骤S302中，下发模块20在预设条件到达时，将修整后的所述删减命令下发。

在该实施例中，修整模块10在固态硬盘100的删减命令下发时，对所述删减命令进行修整；在预设的条件到达时，下发模块20将修整后的所述删减命令下发。由于预设了删减命令下发条件，因此，可以在删减命令的结构优化后，选择合适的下发条件进行下发，减少了固态硬盘100FALSH（闪存）芯片的擦除次数，延长闪存芯片的使用寿命。

在本发明的第五实施例中，在所述步骤S301之前包括：

获取模块30获取所述固态硬盘100的闪存芯片的块的大小和/或设置计时器；或者

预设模块40预设所述删减命令缓存的时间阈值和/或所述删减命令长度的阈值的步骤。

在本发明的第五实施例中，所述步骤S301包括：

启动子模块11在所述固态硬盘100的删减命令下发时，启动所述计时器计时所述删减命令缓存的时间；以及

修整子模块12在所述删减命令具有对齐、分裂和/或聚合的特征时，以所述闪存芯片的块的大小为单位对所述删减命令进行对齐、分裂和/或聚合方式的修整的步骤。

所述步骤S302包括：

第一下发子模块21在修整后的所述删减命令的长度到达预设的所述删减命令长度的阈值时，将所述删减命令下发；以及

第二下发子模块22在所述计时器计时的时间达到所述时间阈值时，将修整后的所述删减命令以及不具有对齐、分裂和/或聚合的特征的所述删减命令下发的步骤。

在该实施例中，具体的可以在固态硬盘100控制器启动删减命令之前获取闪存的PAGE（页面）大小和每个块（块）含有PAGE的个数，计算出块的大小。然后设置超时定时器，对于来自操作系统的删减命令，获取其起始地址和长度，和下一个删减命令进行比较，看是否可以进行聚合，如果可以则进行聚合。对于长时间无法对齐，又无法分裂或者聚合的删减命令，超时之后将自动下发。而对于超过一个块大小的删减命令，或者聚合以后超过一个块大小的删减命令，进行块大小的整数倍的分裂和地址对齐。最后把结束地址为块大小整数对齐删减命令直接下发，把分裂后的删减命令继续和后续的删减命令重复上述的修整时的动作，直到超时或者找到新的删减命令聚合。

此外，在固态硬盘100控制器启动删减命令之前，通过相关的防火获取到闪存芯片的固有特征，包括页面的大小，每个块所含页面的个数，作为优化删减命令的基础。不是所有的删减命令都能够进行优化，对于无法优化的删减命令，设定超时机制，避免删减命令的长时间等待。而对于相关的删减命令，首先尽可能的进行聚合，在控制器允许的范围内，聚合的越多越好，然后进行地址对齐后的下发。只有当删减命令的起始地址和终止地址横跨两个块时，且其大小大于一个块时，对该删减命令进行分裂才有意义，分裂删减命令的基础依据是地址对齐。把对齐了的经过优化的删减命令直接下发，不符的删减命令在超时之后也下发。

参见图4和图5，在本发明的一个实施例中，提供了优化固态硬盘100删减命令的方法，其步骤如下：

步骤S501中，获取块大小；

步骤S502中，设置定时器；

步骤S503中，获取删减命令；

步骤S504中，判断该删减命令能否优化，是则执行步骤505，否则执行步骤S507；

步骤S505中，判断是否达到阈值，是则执行步骤S507，否则执行步骤S506；

步骤S506中，判断缓存时间是否超时过预设的时间阈值，是则执行步骤S507，否则执行步骤S503。

步骤S507中，将删减命令下发。

在该实施例中，首先通过相关手段从固态硬盘100控制器获取闪存芯片的块块大小，作为获取对齐和分裂，聚合删减命令的基础。具体的可以通过NAND闪存控制厂商获取相关的块信息。然后在驱动程序初始化的过程中，初始化定时器。具体的参数一般从固态硬盘100控制器硬件的相关寄存器获取，定时器时间的设置也由固态硬盘100控制器的处理能力决定。为防止数据不一致性情况的产生，该定时器计时的时间阈值一般不宜设置过长。而为了优化相关的删减命令，会对相关的删减命令信息进行缓存，由于缓冲不能无限时间，所以缓存结束的时间则是定时器超时的时间。接着启动定时器，同时对每个下发的删减命令特征进行判断，如果不符合能够做对齐，分裂和聚合的特征，将会直接下发给固件处理。对于无法优化的删减命令，在超时情况下可以直接下发。对于符合要求的删减命令，将会进行对齐，分裂和聚合操作，如进行图4所示的优化，使得擦除的单位以块为单位。

在出现如下情况之一时，将所得到的新删减命令进行下发：

1)当聚合后的删减命令长度达到阈值；

2)当删减命令分裂后，总长度达到阈值，分裂的前半部分要下发；

3)当定时器时间超时。

最后开始新的删减命令收集的循环。对于符合相关条件的删减命令，例如1），2）条件的要及时下发，对于3）中的情况是为了避免无限等待。

如图4所示，优化前的删减命令可能会长度大小不一，优化后的删减命令为对齐的且为块大小的整数倍，可以减少固态硬盘100的写入放大。

在本发明的一个实施例中，如图5是加入删减命令优化机制后的固态硬盘100删减命令操作流程，首先获取闪存的块的大小，然后设置好定时器，开始接收相关的删减命令。接收到删减命令时，首先要判断其是否可以进行优化，如果删减命令时连续的且不对齐的，可以优化如果不能，直接下发。如果接收到的删减命令优化达到预定的阈值或者设置的定时器超时，将会相关的删减命令进行下发。对于不符合优化特征的删减命令，在超时情况下也要下发。从以上技术方案可以看出，对固态硬盘100删减命令进行优化，在符合优化的删减命令比较多的情况下，写入放大的减小将会非常明显，如果符合优化的删减命令比较少时，写入放大的减小效果将会不明显。

综上所述，本发明通过在固态硬盘的删减命令下发时，对所述删减命令进行修整；并在预设条件到达时，将修整后的所述删减命令下发。由此提供了优化了固态硬盘删减命令的实现方式，可以对来自上层文件系统的删减命令进行优化，对原本处于无序状态的删减命令进行重新的分裂，聚合与对齐，让固态硬盘控制器得到更多已经对齐和整数倍于块大小的删减命令，减少了写入放大，提高了固态硬盘的寿命。

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 (10)

1.一种优化固态硬盘的删减命令的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

A、在固态硬盘的删减命令下发时，对所述删减命令进行修整；

B、在预设条件到达时，将修整后的所述删减命令下发。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤A之前包括：

C、获取所述固态硬盘的闪存芯片的块的大小和/或设置计时器；

D、预设所述删减命令缓存的时间阈值和/或所述删减命令长度的阈值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤A包括：

A1、在所述固态硬盘的删减命令下发时，启动所述计时器计时所述删减命令缓存的时间；

A2、在所述删减命令具有对齐、分裂和/或聚合的特征时，以所述闪存芯片的块的大小为单位对所述删减命令进行对齐、分裂和/或聚合方式的修整。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤B包括：

B1、在修整后的所述删减命令的长度到达预设的所述删减命令长度的阈值时，将所述删减命令下发；

B2、在所述计时器计时的时间达到所述时间阈值时，将修整后的所述删减命令以及不具有对齐、分裂和/或聚合的特征的所述删减命令下发。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述删减命令长度的阈值为所述闪存芯片的块的大小的整数倍。

6.一种固态硬盘，其特征在于，包括：

修整模块，用于在固态硬盘的删减命令下发时，对所述删减命令进行修整；

下发模块，用于在预设条件到达时，将修整后的所述删减命令下发。

7.根据权利要求6所述的固态硬盘，其特征在于，所述固态硬盘还包括：

获取模块，用于获取所述固态硬盘的闪存芯片的块的大小和/或设置计时器；

预设模块，用于预设所述删减命令缓存的时间阈值和/或所述删减命令长度的阈值。

8.根据权利要求7所述的固态硬盘，其特征在于，所述修整模块包括：

启动子模块，用于在所述固态硬盘的删减命令下发时，启动所述计时器计时所述删减命令缓存的时间；

修整子模块，用于在所述删减命令具有对齐、分裂和/或聚合的特征时，以所述闪存芯片的块的大小为单位对所述删减命令进行对齐、分裂和/或聚合方式的修整。

9.根据权利要求8所述的固态硬盘，其特征在于，所述下发模块包括：

第一下发子模块，用于在修整后的所述删减命令的长度到达预设的所述删减命令长度的阈值时，将所述删减命令下发；

第二下发子模块，用于在所述计时器计时的时间达到所述时间阈值时，将修整后的所述删减命令以及不具有对齐、分裂和/或聚合的特征的所述删减命令下发。

10.根据权利要求7所述的固态硬盘，其特征在于，所述删减命令长度的阈值为所述闪存芯片的块的大小的整数倍。

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