CN103425439A

CN103425439A - 固态硬盘读写的方法及其固态硬盘

Info

Publication number: CN103425439A
Application number: CN2013102979356A
Authority: CN
Inventors: 冯旭刚
Original assignee: Ramaxel Technology Shenzhen Co Ltd
Current assignee: Ramaxel Technology Shenzhen Co Ltd
Priority date: 2013-07-16
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2013-12-04

Abstract

本发明适用于固态硬盘技术领域，提供一种固态硬盘读写的方法及其固态硬盘，为了实现本发明的一个发明目的，本发明提供了一种固态硬盘读写的方法，所述方法包括如下步骤：A、以固态硬盘闪存的页面大小为单位，对所述固态硬盘上层业务的写请求进行整合；B、以所述固态硬盘闪存的页面大小为单位，对所述固态硬盘的多个读请求进行整合；C、采用双IO请求队列对所述固态硬盘的写请求和读请求进行排序。借此，本发明优化固态硬盘在互联网中的应用，提升固态硬盘的使用效率。

Description

固态硬盘读写的方法及其固态硬盘

技术领域

本发明涉及固态硬盘技术领域，尤其涉及一种固态硬盘读写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（Synchronous Dynamic Random Access Memory，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，广泛应用于各种领域。而互联网是目前蓬勃发展的领域，其业务特点具有，数据量大，对读请求响应时间敏感，而对写请求要求有较大的峰值IOPS(Input/Output Operations Per Second，每秒进行读写操作的次数)。因为SSD可以解决互联网业务对读请求快速响应，同时对写请求较高的性能的要求。为了使固态硬盘能够在互联网领域充分的发挥相关的特性，需要同时根据互联网业务的特点，避免固态硬盘的缺点。但现有技术中，在互联网应用中对固态硬盘读写的方式并不能根据互联网业务的特点，避免固态硬盘的缺点。

综上可知，现有固态硬盘读写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读写的方法及其固态硬盘，以优化固态硬盘在互联网中的应用，提升固态硬盘的使用效率。

为了实现本发明的一个发明目的，本发明提供了一种固态硬盘读写的方法，所述方法包括如下步骤：

A、以固态硬盘闪存的页面大小为单位，对所述固态硬盘上层业务的写请求进行整合；

B、以所述固态硬盘闪存的页面大小为单位，对所述固态硬盘的多个读请求进行整合；

C、采用双IO请求队列对所述固态硬盘的写请求和读请求进行排序。

根据所述的方法，在所述步骤A之前包括：

根据固态硬盘闪存的芯片类型，获取所述固态硬盘闪存的一个页面的大小值。

根据所述的方法，在所述步骤A中，对所述固态硬盘的上层互联网业务中的写请求进行整合，形成以所述固态硬盘闪存的一个页面为大小的写请求。

根据所述的方法，在所述步骤B中，将所述固态硬盘的上层互联网业务中的读请求，从所述互联网应用的业务层直接下发到软件驱动层，并通过对所述读请求进行对齐和/或分裂和/或补齐操作，形成以所述固态硬盘闪存的一个页面的大小的读请求。

根据所述的方法，在所述步骤C中，在采用双IO请求队列对所述固态硬盘的写请求和读请求进行排序时，先从所述读请求队列中取M个读请求排序到所述双IO请求队列，再从所述写请求队列中取N个写请求排序到所述双IO请求队列，其中M>N。

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：

第一整合模块，用于以固态硬盘闪存的页面大小为单位，对所述固态硬盘上层业务的写请求进行整合；

第二整合模块，用于以所述固态硬盘闪存的页面大小为单位，对所述固态硬盘的多个读请求进行整合；

排序模块，用于采用双IO请求队列对所述固态硬盘的写请求和读请求进行排序。

根据所述的固态硬盘，所述固态硬盘还包括：

获取模块，用于根据固态硬盘闪存的芯片类型，获取所述固态硬盘闪存的一个页面的大小值。

根据所述的固态硬盘，所述第一整合模块对所述固态硬盘的上层互联网业务中的写请求进行整合，形成以所述固态硬盘闪存的一个页面为大小的写请求。

根据所述的固态硬盘，所述第二整合模块将所述固态硬盘的上层互联网业务中的读请求，从所述互联网应用的业务层直接下发到软件驱动层，并通过对所述读请求进行对齐和/或分裂和/或补齐操作，形成以所述固态硬盘闪存的一个页面的大小的读请求。

根据所述的固态硬盘，所述排序模块在采用双IO请求队列对所述固态硬盘的写请求和读请求进行排序时，先从所述读请求中取M个读请求排序到所述双IO请求队列，再从所述写请求中取N个写请求排序到所述双IO请求队列，其中M>N。

本发明通过以固态硬盘闪存的页面大小为单位，对所述固态硬盘上层业务的写请求进行整合；然后以所述固态硬盘闪存的页面大小为单位，对所述固态硬盘的多个读请求进行整合；最后采用双IO请求队列对所述固态硬盘的写请求和读请求进行排序。有效的提高互联网用户的用户体验，同时提升系统速度，延长固态硬盘使用寿命。并且优选的，针对互联网应用需要快速读响应，对写响应不太敏感，需要有足够的IOPS来保证读的响应时间，同时一定的写带宽保证的特征，在具体IO操作时，在上层应用把写请求整合成和底层NAND FLASH的page页大小。同时利用读请求优先的原则，对IO请求进行重新排序，加强固态硬盘在互联网应用，提升固态硬盘的使用效率，为互联网企业节约了总体成本。因此，本发明根据互联网业务的特点结合固态硬盘的特性，既可以提高互联网业务服务器的写性能，又可以减少用户的读延时，提升互联网用户的用户体验。提升固态硬盘的使用效率。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的固态硬盘结构示意图；

图2是本发明第二实施例提供的固态硬盘结构示意图；

图3是本发明第三实施例提供的固态硬盘读写的方法流程图；

图4是本发明一个实施例提供的固态硬盘互联网应用的装置的架构图；

图5是本发明一个实施例提供的IO请求中读请求优先的双IO队列示意图。

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：

第一整合模块10，用于以固态硬盘100闪存的页面大小为单位，对固态硬盘100上层业务的写请求进行整合；

第二整合模块20，用于以固态硬盘100闪存的页面大小为单位，对固态硬盘100的多个读请求进行整合；

排序模块30，用于采用双IO（Input/Output，输入输出）请求队列对固态硬盘100的写请求和读请求进行排序。

在该实施例中，可以通过第一整合模块10把对延时不敏感而有较高峰值的写请求通过业务整合，形成以PAGE SIZE（页面大小）为单位的写请求。第二整合模块20则把包括各种随机的大量的读请求整理为PAGE SIZE为单位的读请求。最后由排序模块30采用双IO请求队列对固态硬盘100的写请求和读请求进行排序。这样既可以提高写请求IOPS，又可以提高读请求的响应速度，同时减少了写放大，延长了SSD使用寿命。

在本发明的一个优选实施例中，第一整合模块10对固态硬盘100的上层互联网业务中的写请求进行整合，形成以固态硬盘100闪存的一个页面为大小的写请求。第二整合模块20将固态硬盘100的上层互联网业务中的读请求，从所述互联网应用的业务层直接下发到软件驱动层，并通过对所述读请求进行对齐和/或分裂和/或补齐操作，形成以固态硬盘100闪存的一个页面的大小的读请求。排序模块30在采用双IO请求队列对固态硬盘100的写请求和读请求进行排序时，先从所述读请求中取M个读请求排序到所述双IO请求队列，再从所述写请求中取N个写请求排序到所述双IO请求队列，其中M>N，进行排序。

在该实施例中，第一整合模块10对上层互联网业务的写操作进行整合，形成以NAND FLASH（闪存）的PAGE SIZE为大小的写请求，该操作在互联网应用的业务层实现。所述整合是因为互联网业务不追求相关的写入速度，所以可以进行大量的缓存，然后对相关的操作进行合并等各种优化操作。第二整合模块20对于互联网业务中的读请求，从互联网应用的业务层直接下发到软件的驱动层，在通过对读请求的对齐，分裂和补齐操作，也形成PAGE SIZE大小的读请求。具体的，可以先根据长度进行PAGE SIZE大小的补齐，然后分裂整个IO为整数个PAGE SIZE的多个IO请求。另外，排序模块30在固态硬盘100的IO处理队列中，通过使用双IO处理队列，使读命令优先。同时避免当有大量的读请求时，由于写请求长时间得不到执行，会形成阻塞的情况发生。对于该固态硬盘100的FTL方案，由于固态硬盘100上层业务的读写请求都是以PAGE SIZE为大小，可以极大的简化FTL层的设计，减少数据的搬移，极大的调高了固态硬盘100性能。

参见图2，在本发明的第二实施例中，固态硬盘100还包括：

获取模块40，用于根据固态硬盘100闪存的芯片类型，获取固态硬盘100闪存的一个页面的大小值。

在该实施例中，获取模块40可以根据固态硬盘100使用的NAND FLASH的芯片类型，得到其PAGE SIZE的大小。通过NAND FLASH控制器厂商提供的相关工具可以获取NAND FLASH的相关性质

参见图3在本发明的第三实施例中，提供了一种固态硬盘100读写的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S301中，第一整合模块10以固态硬盘100闪存的页面大小为单位，对固态硬盘100上层业务的写请求进行整合；

步骤S302中，第二整合模块20以固态硬盘100闪存的页面大小为单位，对固态硬盘100的多个读请求进行整合；

步骤S303中，排序模块30采用双IO请求队列对固态硬盘100的写请求和读请求进行排序。

在该实施例中，通过第一整合模块10以固态硬盘100闪存的页面大小为单位，对固态硬盘100上层业务的写请求进行整合；第二整合模块20以固态硬盘100闪存的页面大小为单位，对固态硬盘100的多个读请求进行整合；最后排序模块30采用双IO请求队列对固态硬盘100的写请求和读请求进行排序。可以使得在固态硬盘100的高性能和低延时方面的优势得到发挥，又可以根据互联网业务的特点，提高互联网业务的用户体验，对于写操作适应较高峰值的IOPS。此在IO队列中，一般会优先处理，使互联网用户有比较好的用户体验。该实施例中结合了互联网业务和固态硬盘100各自的特点，尽最大可能发挥固态硬盘100优势，避免其缺点，为互联网用户提供更好的用户体验时，服务器能够有更高的写性能。

另外，在本发明的一个实施例中，由于对相关的写操作业务进行了整合成顺序的PAGE SIZE的写操作，会产生相对比较大的延时，但是因为互联网用户对写操作的不敏感，该问题可以忽略。同时为了追求比较小的延时，对于读操作-一般是尽快响应，从以上技术方案可以看出，该方案主要是针对互联网业务对读请求的延时敏感，写请求的延时不敏感，同时写请求希望能够承担较大的IOPS峰值。而固态硬盘100完全可以满足以上要求，同时通过以上技术方案避免了固态硬盘100的自身缺点。

为了快速响应用户的读请求，可以通过对读请求做相关操作，使得读操作最后全部转换为基于PAGE SIZE的读请求。为了达到读请求优先，而写请求不至于饿死的目的，采用双IO请求队列，既可以达到读请求优先，又避免了写请求的饿死，同时两个请求的比值可以根据具体的业务模型进行调整。当最后控制器得到的IO请求的大小都是基于PAGE SIZE的时候，FTL（闪存转换层）层的工作会变的相对简单很多，减少了很多数据的搬移工作，极大的减少了写入放大。

在本发明的第四实施例中，在所述步骤S301之前包括：

获取模块40根据固态硬盘100闪存的芯片类型，获取固态硬盘100闪存的一个页面的大小值。

在本发明的一个优选实施例中，第一整合模块10对固态硬盘100的上层互联网业务中的写请求进行整合，形成以固态硬盘100闪存的一个页面为大小的写请求。第二整合模块20将固态硬盘100的上层互联网业务中的读请求，从所述互联网应用的业务层直接下发到软件驱动层，并通过对所述读请求进行对齐和/或分裂和/或补齐操作，形成以固态硬盘100闪存的一个页面的大小的读请求。

排序模块30在采用双IO请求队列对固态硬盘100的写请求和读请求进行排序时，先从所述读请求中取M个读请求排序到所述双IO请求队列，再从所述写请求中取N个写请求排序到所述双IO请求队列，其中M>N，将所述M个读请求和N个写请求进行综合排序，M和N均为整数。

在该实施中，可以首先获取NAND FLASH的page size大小，以此大小作为对NAND FLASH芯片进行操作的基本单位。由于根据NAND FLASH的PAGESIZE的大小，作为IO操作的基本单位，而NAND FLASH的读写基本单位为一个PAGE，因此可以极大的提高固态硬盘100的性能。然后对于相关的写操作即写请求，以page size作为每次进行写操作的基本单位，由于对于写操作不追求相关的延时，而追求较高的IOPS，因此可以对上层业务进行适当的整合，形成以page size为上层IO进行写的基本单位，且这些写操作都是以page size对齐。接着，对于相关的读操作，即读请求，可以通过对相关的IO操作做出分割，补齐和对齐的操作以后，到达NAND FLASH控制器的读操作均为page size对齐的读操作。由于对读请求有延时性的要求，因此在IO队列中采用双IO请求队列，从先从读请求队列中取M个，在从写请求队列中取N个，其中M>N。本实施例既能够使读请求优先，又避免了在有大量的读请求时，由于写请求长时间得不到执行，形成阻塞的情况发生。这样使FTL层的工作变的相对简单，极大的减少了写放大。

参见图4，在该实施例中，该架构是固态硬盘100在互联网业务中的如何使用方式。应用层是相关的互联网业务，通过到操作系统内核态以后，首先通过网络应用层的整合，把所有的网络应用的写操作整合成PAGE SIZE大小的顺序写操作。通过通用块层以后，因为读操作时随机大小的，对于长的，要根据PAGESIZE对齐，然后进行分裂，小于PAGE SIZE的读操作，直接补齐，也可以形成PAGE SIZE的读操作。对相关的读操作进行对齐，补齐和分割等操作后，也将形成PAGE SIZE大小的读操作。为了追求更高的IOPS，在该实施例中还可以通过对上层业务的整合，使得在NAND FLASH控制器上面得到的就是以PAGESIZE大小的写请求，这样的整合会带来一定的延时性，而由于互联网业务的特殊性，适当的延时是可以接受的。

参见图5，在本发明的一个实施例中，为了达到对固态盘的读操作能够有较小的延时，同时也要避免写操作被饿死，通过读队列和写队列的双队列方式，优先进行读操作，同时写操作也安排一定的比例，具体的读写比值可以根据具体的应用场合进行调整，达到最优。第三行是调整后的队列，在完成固定的读、请求后插入适当的写操作，避免写操作长时间得不到响应，可以认为是把读请求队列和写请求队列进行了整合。

综上所述，本发明通过以固态硬盘闪存的页面大小为单位，对所述固态硬盘上层业务的写请求进行整合；然后以所述固态硬盘闪存的页面大小为单位，对所述固态硬盘的多个读请求进行整合；最后采用双IO请求队列对所述固态硬盘的写请求和读请求进行排序。有效的提高互联网用户的用户体验，同时提升系统速度，延长固态硬盘使用寿命。并且优选的，针对互联网应用需要快速读响应，对写响应不太敏感，需要有足够的IOPS来保证读的响应时间，同时一定的写带宽保证的特征，在具体IO操作时，在上层应用把写请求整合成和底层NAND FLASH的page页大小。同时利用读请求优先的原则，对IO请求进行重新排序，加强固态硬盘在互联网应用，提升固态硬盘的使用效率，为互联网企业节约了总体成本。因此，本发明根据互联网业务的特点结合固态硬盘的特性，既可以提高互联网业务服务器的写性能，又可以减少用户的读延时，提升互联网用户的用户体验。提升固态硬盘的使用效率。

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

1.一种固态硬盘读写的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

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：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤A中，对所述固态硬盘的上层互联网业务中的写请求进行整合，形成以所述固态硬盘闪存的一个页面为大小的写请求。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤B中，将所述固态硬盘的上层互联网业务中的读请求，从所述互联网应用的业务层直接下发到软件驱动层，并通过对所述读请求进行对齐和/或分裂和/或补齐操作，形成以所述固态硬盘闪存的一个页面的大小的读请求。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤C中，在采用双IO请求队列对所述固态硬盘的写请求和读请求进行排序时，先从所述读请求队列中取M个读请求排序到所述双IO请求队列，再从所述写请求队列中取N个写请求排序到所述双IO请求队列，其中M>N。

6.一种固态硬盘，其特征在于，包括：

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：

8.根据权利要求6所述的固态硬盘，其特征在于，所述第一整合模块对所述固态硬盘的上层互联网业务中的写请求进行整合，形成以所述固态硬盘闪存的一个页面为大小的写请求。

9.根据权利要求8所述的固态硬盘，其特征在于，所述第二整合模块将所述固态硬盘的上层互联网业务中的读请求，从所述互联网应用的业务层直接下发到软件驱动层，并通过对所述读请求进行对齐和/或分裂和/或补齐操作，形成以所述固态硬盘闪存的一个页面的大小的读请求。

10.根据权利要求9所述的固态硬盘，其特征在于，所述排序模块在采用双IO请求队列对所述固态硬盘的写请求和读请求进行排序时，先从所述读请求中取M个读请求排序到所述双IO请求队列，再从所述写请求中取N个写请求排序到所述双IO请求队列，其中M>N。