CN103699492A

CN103699492A - 非易失性存储器的数据收集方法

Info

Publication number: CN103699492A
Application number: CN201310029822.8A
Authority: CN
Inventors: 刘亦峻; 吕俊贤
Original assignee: Skymedi Corp
Current assignee: Skymedi Corp
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2014-04-02
Also published as: TW201413451A; US20140089564A1

Abstract

一种非易失性存储器的数据收集方法，该非易失性存储器包含多个数据区块，且每一数据区块包含多个数据页。记录时间标记，其与非易失性存储器的写入数据有关。根据储存于多个不同数据页的多个写入数据的相关时间标记，自多个不同数据页分别搬移多个写入数据至第一数据区块。

Description

非易失性存储器的数据收集方法

技术领域

本发明涉及一种非易失性存储器，特别是关于一种非易失性存储器的数据收集方法。

背景技术

快闪存储器是一种非易失性固态存储器装置，可以电气方式进行数据的抹除和写入。如图1所示，快闪存储器通常会有数据分段（fragmentation）情形，特别是安装有操作系统的快闪存储器固态硬盘（SSD）中，主机的文件系统无法分配连续空间给数据，而是分配具有间隔的断续空间给数据，这些断续空间的先前数据已被删除或被无效（invalid）。数据分段会降低快闪存储器的存取效率。

快闪存储器运行读写的单位为数据页（page），而运行抹除则使用较大的单位称为数据区块（block）。由于快闪存储器无法直接进行数据的覆盖，因此，新数据必须先写到未使用的数据页，并将原数据无效。当写入数据到快闪存储器时，通常在文件系统和快闪存储器之间使用快闪存储器转换层（FTL），用以将文件系统的逻辑地址转换或映射到快闪存储器的实体地址。此外，还使用空间回收（又称为垃圾回收，garbage collection）机制，将待回收数据区块当中储存有效数据的数据页迁移至干净数据区块，再抹除待回收数据区块。

由于传统空间回收机制并未考量数据的特性，所以回收效率不高。因此急需提出一种新颖的机制，用来有效降低非易失性存储器（例如快闪存储器）的数据分段现象。

发明内容

综上所述，本发明实施例提出一种非易失性存储器的数据收集方法，用以增进或最佳化非易失性存储器的储存空间的回收效能。

根据本发明实施例，非易失性存储器包含多个数据区块，且每一数据区块包含多个数据页。记录时间标记，其相关于非易失性存储器的写入数据。根据储存于多个不同数据页的多个写入数据的相关时间标记，自多个不同数据页分别搬移多个写入数据至第一数据区块。

附图说明

图1是示出传统快闪存储器的数据分段。

图2A是示出本发明实施例的非易失性存储器。

图2B是示出图2A的存储器的细节。

图3是示出本发明实施例的非易失性存储器的数据收集方法的流程图。

图4是示出本发明特定实施例中图3的步骤31的详细流程图。

图5是示出自主机写入的五类数据。

图6是示出本发明特定实施例中图3的步骤33的详细流程图。

主要元件符号说明

200 存储器

201 存储器控制器

202 主机

31 储存数据和时间标记

311 判定数据页群/数据区块

312A 储存于冷数据页群

312B 储存于热数据页群

312C 储存于热数据页群

32 回收储存区域的储存空间

33 根据时间标记搬移数据至储存区域

331 根据读取次数以搬移数据

332 根据数据长度以搬移数据

333 根据时间标记以搬移数据

具体实施方式

图2A示出本发明实施例的非易失性存储器200（简称存储器），其可以是快闪存储器，但不限定于此。在本实施例中，存储器200受控于存储器控制器201，依数据页级（page-level）的映射方式，使用转换层（例如快闪存储器转换层或FTL）进行逻辑地址至实体地址的转换或映射。虽然本实施例以数据页层级（例如16KB大小）为例，然而也可以使用其他层级，例如4KB大小的数据簇级（cluster-level），或512B大小的数据扇区级（sector-level）。

本实施例的存储器200提供多个数据页来储存写入数据。这些数据页可配置成为多个数据页群（group），分别分配以储存数据。每一个数据群可相当于一个数据区块；或者，每一个数据群可包含至少一个数据页（例如采用数据簇级的映射方式）。

在一个实施例中，这些数据页群分别被分配以储存常修改小量数据、常修改大量数据、少修改小量数据、少修改大量数据和空间回收的有效数据，细节将在后续说明。上述空间回收的有效数据可以是常读取数据。上述小量数据或大量数据是与预设值作比较来决定的。例如，小于或等于4KB的数据被决定为小量数据。在另一个例子中，小于或等于一个数据页大小的数据被决定为小量数据。

图2B示出图2A的存储器200的细节，其中，提供五个数据页群来储存上述五类数据。一般来说，本实施例的存储器200提供至少一个数据页群来储存一类的数据。

图3示出本发明实施例的非易失性存储器200的数据收集方法的流程图。在步骤31，来自主机202而待写入存储器200的写入数据储存在数据页群的其中一个，且记录相关于写入数据的时间标记（timestamp）。根据本实施例的特征之一，时间标记可用来判定数据是否经常修改。一般来说，二个连续时间标记若位于一个预设范围内，则相关数据即被判定为常修改数据或热数据。例如，先前写入数据的时间标记与目前修改数据（即，更新先前写入数据）的时间标记两者位于一个预设范围内，则相关数据即被判定为热（常修改）数据，且必须储存在相关数据页群，例如热数据页群；否则，该数据必须储存在冷（少修改）数据页群。上述时间标记可以通过查询表格得到。

如图2B所示，若数据页群的大小相当于一个数据区块，则该数据页群可用来储存数据区块的相应数据。当数据页群的储存空间不足时，存储器控制器201会分配一个新数据页群（例如包含至少一个数据页或数据区块）用来储存写入数据，而原来储存空间不足的数据页群则作为一个数据区块。

在操作一段时间后，存储器200可能遭遇储存空间不够的情形，例如当未使用空间少于预设值时。此时，存储器200须由空间回收程序来回收储存空间，将有效数据移位并抹除无效数据，从而释放出储存空间来储存数据。

接下来，在步骤32，当存储器200的未使用储存空间少于预设值时，存储器控制器201可由移动有效数据并抹除至少一个数据区块，从而将无效数据的储存空间回收。接着，在步骤33，数据页群或/且数据区块的有效数据根据相关的时间标记而被搬移至回收储存空间，使得相近或相邻时间标记的有效数据被置于相同数据区块。例如，就文件系统的观点而言，相近或相邻时间标记的二个数据页可能相互关连而为同一文件，因此，该二个数据页被搬移至同一个数据区块。因此，当这些数据将来被文件系统删除而变为无效时，可同时被回收，从而降低数据页移动所需的时间，还可能抹除整个数据区块而无须进行有效数据的移位，因而增进空间回收的效能。

图4示出本发明特定实施例中图3的步骤31的详细流程图。在本实施例中，如图2B所示，存储器200经配置而为至少一个数据页群。根据实施例的另一特征，当待修改数据已储存在数据页群时，相应数据即判定为热数据；否则，相应数据即判定为冷数据。如图5所示，自主机202写入的数据可分类为以下至少五类：(1)少修改（或仅写入一次）数据，在最近被写入存储器200之后，其读取次数多于预设次数；(2)热的大量数据，其数据量大（即，数据大小大于或等于预设值），且相应待修改数据存在于数据页群（即，其为热数据）；(3)冷的大量数据，其数据量大，且相应待修改数据不存在于数据页群（即，其为冷数据）；(4)热的小量数据，其数据量小（即，数据大小小于预设值），且相应待修改数据存在于数据页群；(5)冷的小量数据，其数据量小，且相应待修改数据不存在于数据页群。

如图4所示，在步骤311，针对即将储存到相应数据页群的写入（或修改）数据，判定相应被修改数据（例如与写入数据具有相同的逻辑区块地址（LBA））是否存在于数据页群。若相应待修改数据位于数据区块，则写入数据即被判定为冷数据，并被寄存在冷数据页群（步骤312A）。特别的是，写入数据根据其数据大小，而储存在冷的大量数据页群或者冷的小量数据页群。若相应待修改数据位于冷的数据页群，则写入数据即被判定为热数据，并被寄存在热数据页群（步骤312B）。特别的是，写入数据根据其数据大小，而储存在热的大量数据页群或者热的小量数据页群。若相应待修改数据位于热的数据页群，则写入数据即被判定为热数据，并被寄存在热数据页群（步骤312C）。特别的是，写入数据根据其数据大小，而储存在热的大量数据页群或者热的小量数据页群。在本实施例中，长度小于预设长度的写入数据（例如第4类数据）共同地储存在热的小量数据页群，可增进步骤33（图3）的效能。

图6示出本发明特定实施例中图3的步骤33的详细流程图。在步骤331，根据相关的读取次数，选择性将数据搬移至数据区块，该读取次数系在读取数据时随时被记录，并在搬移数据时作为参考。特别的是，根据数据页群的待搬移数据和数据区块的数据两者的读取次数，来进行数据的搬移，其中两者的读取次数皆大于预设值。在步骤332，根据相关的数据长度，选择性将数据搬移至数据区块。特别的是，根据数据页群的待搬移数据和数据区块的数据两者的读取长度，来进行数据的搬移。在步骤333，根据相关的时间标记，将数据搬移至数据区块。特别的是，根据数据页群的待搬移数据和数据区块的数据两者的时间标记，来进行数据的搬移，其中两者的时间标记相近或相邻。虽然图6的流程使用读取次数、数据长度和时间标记来收集有效数据，然而，一般来说，使用这些参数的至少一个来收集有效数据，用来最佳化回收和释放储存空间的效能。

在一个实施例中，分配多个原数据页以提供至少一个第一数据页群，用来储存原写入数据，并储存相关的时间标记。接下来，分配多个新数据页至第一数据页群，用以储存新写入数据，而这些原数据页重新分配至第二数据页。最后，原写入数据储存在第二数据页群；再根据原写入数据和新写入数据两者的相关时间标记，将储存于在一数据页群的新写入数据搬移至第三数据页群。此外，根据写入数据的相关时间标记，将储存在这些第二数据页群的写入数据搬移至第三数据页群。

在另一个实施例中，记录写入数据相关的读取次数。接下来，根据第一数据页群的写入数据和第二数据页群的写入数据两者的读取次数，将多个写入数据搬移至第三数据页群，其中两个读取次数皆大于预设值。

在另一个实施例中，判定写入数据的数据长度。根据第一数据页群的写入数据和第二数据页群的写入数据两者的数据长度，将多个写入数据搬移至第三数据页群，其中两个数据长度皆小于预设值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的权利要求范围；凡其它不脱离本发明的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在下述的权利要求范围内。

Claims

1.一种非易失性存储器的数据收集方法，所述非易失性存储器包含多个数据区块，每一所述数据区块包含多个数据页，所述方法包括：

记录时间标记，其与所述非易失性存储器的写入数据有关；以及

根据储存于多个不同数据页的多个写入数据的相关时间标记，分别将所述多个写入数据从所述多个不同数据页搬移至第一数据区块。

2.如权利要求1所述的非易失性存储器的数据收集方法，其中，所述非易失性存储器是快闪存储器。

3.如权利要求1所述的非易失性存储器的数据收集方法，其中，所述写入数据的搬移步骤是在空间回收的程序中运行。

4.如权利要求1所述的非易失性存储器的数据收集方法，其中，在所述写入数据的搬移步骤中，搬移至所述第一区块的多个写入数据彼此的时间标记相近或相邻。

5.如权利要求4所述的非易失性存储器的数据收集方法，还包括：

记录读取次数，其与从所述非易失性存储器读取所述写入数据有关；以及

将多个写入数据从分别多个不同数据页搬移至第二数据区块，其中所述多个写入数据的相关读取次数均大于预设值。

6.一种非易失性存储器的数据收集方法，该非易失性存储器包含多个数据区块，每一所述数据区块包含多个数据页，所述方法包括：

分配多个原数据页以提供至少一个第一数据页群，用来储存原写入数据；

储存所述原写入数据和其相关时间标记；

分配多个新数据页至所述第一数据页，用以储存新写入数据，且所述多个原数据页被重新方配为第二数据页群；以及

根据所述写入数据的相关时间标记，将储存在所述多个数据页的所述写入数据搬移至第三数据页群。

7.如权利要求6所述的非易失性存储器的数据收集方法，其中，所述储存原写入数据的步骤包括：

判定所述写入数据的相应待更新数据是否存在于所述第一数据页群、所述第二数据页群或所述第三数据页群。

8.如权利要求7所述的非易失性存储器的数据收集方法，其中，当所述待更新数据存在于所述第二或第三数据页群时，将所述写入数据判定为冷数据。

9.如权利要求6所述的非易失性存储器的数据收集方法，其中，所述写入数据搬移至第三数据页群的步骤还包括：

根据所述原数据和新写入数据的相关时间标记，将储存在所述第二数据页群的原写入数据和储存在所述第一数据页群的新写入数据搬移至所述第三数据页群。

10.如权利要求9所述的非易失性存储器的数据收集方法，其中，将储存在所述第二数据页群的原写入数据和储存在所述第一数据页群的新写入数据搬移至所述第三数据页群的步骤还包括：

记录读取次数，其与所述写入数据有关；以及

根据所述第一数据页群的写入数据和所述第二数据页群的写入数据两者相关的读取次数，将多个所述写入数据搬移至所述第三数据页群，其中所述两个读取次数均大于预设值。

11.如权利要求9所述的非易失性存储器的数据收集方法，其中，将储存在所述第一数据页群、所述第二数据页群的写入数据搬移至所述第三数据页群的步骤还包括：

判定所述写入数据的数据长度；以及

根据所述第一数据页群的写入数据和所述第二数据页群的写入数据两者相关的数据长度，将多个所述写入数据搬移至所述第三数据页群，其中所述两个数据长度均小于预设值。

12.如权利要求6所述的非易失性存储器的数据收集方法，其中，所述写入数据搬移至第三数据页群的步骤还包括：

根据所述写入数据的时间标记，将所述多个第二数据页群的写入数据搬移至所述第三数据页群。

13.如权利要求6所述的非易失性存储器的数据收集方法，其中，所述第三数据页群为空数据区块。

14.如权利要求6所述的非易失性存储器的数据收集方法，其中，所述第一数据页群、所述第二数据页群和所述第三数据页群分别具有数据区块的大小。

15.如权利要求6所述的非易失性存储器的数据收集方法，其中，所述非易失性存储器是快闪存储器。

16.如权利要求6所述的非易失性存储器的数据收集方法，其中，所述写入数据的搬移步骤是在空间回收的程序中运行。