CN103902226B - 数据写入方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数据写入方法与系统。数据写入方法用于从主机系统将数据写入具有第一存储单元与第二存储单元的存储装置。数据写入方法包括提供一应用程序特性数据库。接收执行在主机系统的应用程序欲将数据写入存储装置的写入指令。自应用程序特性数据库取得应用程序所对应的数据存取类型。并且依据数据存取类型与存取管理策略选择将数据写入至第一存储单元或第二存储单元。

Description

数据写入方法与系统

技术领域

本发明涉及一种数据写入方法，尤其涉及一种将数据写入具有分类存储单元的存储装置的方法与系统。

背景技术

所谓的双碟式存储系统是以传统硬盘驱动器(Hard Disk Drive，以下简称HDD)搭配固态硬盘(Solid State Disk，以下简称SSD)所组成，其兼具传统硬盘的高容量以及固态硬盘的高速度的特点，而逐渐被广泛使用在电脑系统。

具体而言，固态硬盘虽具有读写速度快的优点，但由于其价格高于传统硬盘许多，因此若仅使用固态硬盘作为存储媒介，则容易导致存储系统的成本过高。因此，在讲求高存储容量的存储系统之中，仍会以传统硬盘作为主要的存储媒介，并搭配相对来说容量较小的固态硬盘以作为数据缓存之用。也就是说，大多数的双碟式存储系统在接收到电脑系统欲写入的数据时，会先将数据存入存取速度较快的固态硬盘，待系统空闲时再将数据由固态硬盘搬移至传统硬盘。据此可确保数据存取速度以及存储容量都能符合使用者的需求。

然而，正由于双碟式存储系统中的固态硬盘只能提供较小的存储容量，因此如何更有效地将数据写入以让使用者更明确感受到固态硬盘的优点，则是相关业者在开发产品时的重要课题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种数据写入方法与系统，能有效改善具有分类存储单元的存储装置的效率、功耗以及装置寿命。

本发明提供一种数据写入方法，用于从主机系统将数据写入具有第一存储单元与第二存储单元的存储装置，此方法包括提供应用程序特性数据库。接收执行在主机系统的应用程序欲将数据写入存储装置的写入指令。自应用程序特性数据库取得应用程序所对应的数据存取类型。并且依据数据存取类型与存取管理策略选择将数据写入至第一存储单元或第二存储单元。

在本发明的一实施例中，其中存取管理策略包括第一存储单元所对应的第一类存取规则以及第二存储单元所对应的第二类存取规则。

在本发明的一实施例中，其中数据存取类型包括存取频率、文件大小与单一指令存取数据量个别的统计值，而依据数据存取类型与存取管理策略选择将数据写入至第一存储单元或第二存储单元的步骤包括当存取频率、文件大小与单一指令存取数据量个别的统计值符合第一类存取规则时，将数据写入第一存储单元。当存取频率、文件大小与单一指令存取数据量个别的统计值符合第二类存取规则时，将数据写入第二存储单元。

在本发明的一实施例中，其中提供应用程序特性数据库的步骤包括在特定期间内收集应用程序的存取频率、文件大小与单一指令存取数据量的多个实际值。根据上述实际值计算存取频率、文件大小与单一指令存取数据量个别的统计值。将存取频率、文件大小与单一指令存取数据量个别的统计值记录于应用程序特性数据库。

在本发明的一实施例中，此数据写入方法还包括根据写入指令的内容更新记录在应用程序特性数据库中应用程序所对应的数据存取类型。并且，定期依据存储装置的操作表现修正第一类存取规则及/或第二类存取规则。

在本发明的一实施例中，其中第一存储单元为闪速存储器存储单元，且第一类存取规则至少包括高存取频率门限值与随机存取模式，而第二存储单元为磁盘存储单元，且第二类存取规则至少包括大文件容量下限值与连续存取模式。

从另一观点来看，本发明提供一种数据写入系统，包括相互耦接的应用程序特性数据库以及判定模块。其中，判定模块在接收执行在主机系统的应用程序欲将一数据写入存储装置的写入指令时，自应用程序特性数据库取得应用程序所对应的数据存取类型，并且依据数据存取类型与存取管理策略选择将数据写入至存储装置的第一存储单元或第二存储单元。

在本发明的一实施例中，其中存取管理策略包括第一存储单元所对应的第一类存取规则以及第二存储单元所对应的第二类存取规则。

在本发明的一实施例中，其中数据存取类型包括存取频率、文件大小与单一指令存取数据量个别的统计值，而判定模块在存取频率、文件大小与单一指令存取数据量个别的统计值符合第一类存取规则时，选择将数据写入第一存储单元。并且，判定模块在存取频率、文件大小与单一指令存取数据量个别的统计值符合第二类存取规则时，选择将数据写入第二存储单元。

在本发明的一实施例中，数据写入系统还包括数据库建立模块，其耦接至应用程序特性数据库。数据库建立模块在一特定期间内收集应用程序的存取频率、文件大小与单一指令存取数据量的多个实际值，根据上述实际值计算存取频率、文件大小与单一指令存取数据量个别的统计值，以及将存取频率、文件大小与单一指令存取数据量个别的统计值记录在应用程序特性数据库。

在本发明的一实施例中，其中判定模块根据写入指令的内容更新记录在应用程序特性数据库中应用程序所对应的数据存取类型，并定期依据存储装置的操作表现修正第一类存取规则及/或第二类存取规则。

在本发明的一实施例中，其中第一存储单元为闪速存储器存储单元，且第一类存取规则至少包括高存取频率门限值与随机存取模式，而第二存储单元为磁盘存储单元，且第二类存取规则至少包括大文件容量下限值与连续存取模式。

基于上述，本发明所述的数据写入方法与系统能适当地选择将数据写入存储装置的第一存储单元或第二存储单元，据此发挥不同类型的存储单元的优势，以提升存储装置的整体效率，同时达到有效控制存储装置的耗电量并延长装置使用寿命的目的。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是本发明的一实施例所示出的数据写入系统的使用示意图；

图2是本发明的一实施例所示出的数据写入方法的流程图；

图3是本发明的一实施例所示出的应用程序与存取类型的条形图；

图4是本发明的一实施例所示出的依据数据存取类型与存取管理策略选择将数据写入第一或第二存储单元的流程图。

附图标记说明：

10：主机系统；

13：操作系统；

15₁、15_n：应用程序；

20：存储装置；

21：第一存储单元；

23：第二存储单元；

100：数据写入系统；

110：应用程序特性数据库；

120：判定模块；

130：数据库建立模块；

S210～S240：本发明的一实施例所述的数据写入方法的各步骤；

S410～S430：本发明的一实施例所述的依据数据存取类型与存取管理策略选择将数据写入第一或第二存储单元的各步骤。

具体实施方式

图1是本发明的一实施例所示出的数据写入系统的使用示意图。请参阅图1，数据写入系统100是配置在主机系统10之中。在本实施例中，主机系统10可以是台式电脑、笔记本电脑、平板电脑，或各种具备运算处理能力的电子装置，在此并不限制其种类。操作系统13是用于管理主机系统10的硬件及软件资源，而其余可执行主机系统10的应用程序(application)151至15n(n为正整数)则必须通过操作系统13来使用主机系统10的硬件资源。

存储装置20可内建在主机系统10，或通过传输线外接于主机系统10。具体而言，存储装置20具有第一存储单元21与第二存储单元23，其中第一存储单元21与第二存储单元23分别采用不同类型的存储媒介。为了方便说明，在以下的实施例中均假设第一存储单元21是以闪速存储器(flashmemory)作为存储媒介的闪速存储器存储单元，例如固态硬盘(SSD)，而第二存储单元23则是以磁盘作为存储媒介的磁盘存储单元，例如硬盘驱动器(HDD)。也就是说，第一存储单元21的数据存取速度会高于第二存储单元23。然而基于成本考虑，在存储装置20中第二存储单元23的容量则大于第一存储单元21。

数据写入系统100用于将来自主机系统10的数据写入至存储装置20，特别是将应用程序15₁至15_n所产生的数据写入存储装置20。如图1所示，数据写入系统100包括应用程序特性数据库110、判定模块120与数据库建立模块130。其中，判定模块120与数据库建立模块130个别耦接至应用程序特性数据库110。数据写入系统100的各构件的功能作分述如下：

应用程序特性数据库110用于记录安装在主机系统10的各种应用程序15₁至15_n与其数据存取类型。在本实施例中，应用程序特性数据库110是由数据库建立模块130收集应用程序15₁至15_n的实际执行状况所建立而成。然而在其他实施例中，应用程序特性数据库110也可以是由主机系统10的制造商所提供，并由使用者自行将其载入数据写入系统100。

判定模块120用于在执行在主机系统10的任一应用程序欲将数据写入存储装置20时，根据应用程序特性数据库110提供的信息来预测此应用程序对于存储装置20的读写需求，并据以决定要将数据写入第一存储单元21或第二存储单元23。通过判定模块120的操作能发挥不同类型的存储单元的优点。例如，适时利用第一存储单元21所具有的高存取速度来降低使用者等待数据存取的时间，并利用第二存储单元23价格较低廉的优点，提高存储装置20的存储容量以满足使用者对存储容量的需求。

在本实施例中，判定模块120可为具有处理能力的硬件元件，例如中央处理器(Central Processing Unit，以下简称CPU)或微处理器(Microprocessor)等，或是由逻辑门及相关电路所构成。在又一实施例中，判定模块120也可以是具有逻辑运算及处理能力的软件元件(例如应用程序)。在其他实施例中，判定模块120也可以是前述硬件元件及软件元件的组合。

以下将以图1搭配图2来说明本实施例的数据写入系统100的详细操作方式。请同时参阅图1及图2。

首先如步骤S210所示，提供应用程序特性数据库110。具体来说，由于不同类型的应用程序在使用上往往对应不同的数据存取类型，例如多媒体播放应用程序所存取的多半是较大且连续的文件，而文书处理应用程序相对来说则常存取较小的文件。举例来说，图3是关于试算表应用程序、文书处理应用程序、电子邮件应用程序、简报应用程序，以及视频编辑应用程序分别在不同数据存取类型的表现。请参阅图3，在随机读取的数据量不超过16千字节组(KiloByte，以下简称KB)的这类数据存取类型中，文书处理应用程序的比例高于其他应用程序，表示由文书处理应用程序建立的数据在日后读取上多为小容量的随机读取。而在连续读取的这类数据存取类型中，视频编辑应用程序的比例远高于其他应用程序，表示由视频编辑应用程序建立的数据在日后读取上多为连续读取。为了能针对各应用程序的特性来选择适用的存储单元，针对可执行在主机系统10的应用程序15₁至15_n，数据库建立模块130将在一段特定期间内收集各应用程序执行时的数据存取类型。例如收集存取频率、文件大小、单一读取或写入指令所对应的存取数据量等各种数据存取类型的实际值。再根据上述实际值计算每一应用程序的存取频率、文件大小与单一指令存取数据量个别的统计值，并将上述统计值记录在应用程序特性数据库以作为应用程序的数据存取类型。

然后，当执行在主机系统10的某一应用程序(例如，应用程序151)欲将数据写入存储装置20时，操作系统13会将写入指令与欲写入的数据传送给判定模块120，故如步骤S220所示，判定模块120接收到应用程序151欲将数据写入存储装置的写入指令。

接着在步骤S230中，判定模块120自应用程序特性数据库110取得应用程序15₁所对应的数据存取类型，包括存取频率、文件大小与单一指令存取数据量个别的统计值。并且如步骤S240所示，判定模块120依据数据存取类型与一存取管理策略选择将数据写入至存储装置20的第一存储单元21或第二存储单元23。

在本实施例中，存取管理策略包括第一存储单元21所对应的第一类存取规则以及第二存储单元23所对应的第二类存取规则。进一步来说，当第一存储单元21为闪速存储器存储单元，第一类存取规则至少包括高存取频率门限值与随机存取模式，当第二存储单元23为磁盘存储单元，第二类存取规则至少包括大文件容量下限值与连续存取模式。

图4是本发明的一实施例所示出的依据数据存取类型与存取管理策略选择将数据写入第一或第二存储单元的流程图。

如图4的步骤S410所示，判定模块120会判断应用程序15₁的存取频率、文件大小与单一指令存取数据量个别的统计值是符合第一类存取规则或第二类存取规则。当符合第一类存取规则时，如步骤S420所示，判定模块120选择将数据写入第一存储单元21。而在符合第二类存取规则时，如步骤S430所示，判定模块120选择将数据写入第二存储单元23。

举例来说，在一实施例中，判定模块120将取自应用程序特性数据库110的存取频率的统计值与高存取频率门限值进行比较。若存取频率到达高存取频率门限值，则判断应用程序15₁可能经常有高频率的写入及读取操作，故判定模块120会选择具有高读写速度的第一存储单元21来存储数据。反之，便以第二存储单元23来存储数据。例如，当使用者利用文书处理应用程序或试算表应用程序来撰写报告或记录实验数据时，由于这些文件在近期内再被读取或修改的机会较高，因此将数据写入第一存储单元21能大幅缩短使用者等待文件开启的时间。

在另一实施例中，判定模块120将取自应用程序特性数据库110的文件大小的统计值与大文件容量下限值进行比较。若文件大小到达大文件容量下限值，判定模块120将选择以第二存储单元23来存储数据，以避免大文件太快将第一存储单元21的可用空间耗尽。举例来说，高画质影片的文件大小动辄数十亿字节组(GigaByte，以下简称GB)，且通常在存储之后被使用者经常再读取或编辑的机会不大。倘若都将这类文件存入容量较小的第一存储单元21，则很快便无法利用第一存储单元21的快速读写能力来处理后续欲写入及读取的数据。而倘若将其存入容量高出第一存储单元21许多的第二存储单元23则可避免上述情况，且由于这类文件日后被存取的次数较不频繁，故即便第二存储单元23的存取速度较慢，对使用者来说也不会明显感受到差异。

此外，由于闪速存储器存储单元是以实体区块作为数据删除的单位，并以实体页面作为数据写入的单位。而每一实体区块会包括数个实体页面。因此当判定模块120选择要将数据写入第一存储单元21时，则可以进一步判断欲写入的数据是否超过一个实体区块的容量，若是，则以整块区块写入(EntireBlock Write，以下简称EBW)的方式来将数据以连续的方式写入，以提升数据写入速度。反之，倘若欲写入的数据未超过一个实体区块的容量，则以一般方式将数据写入。

在又一实施例中，判定模块120根据取自应用程序特性数据库110的单一指令存取数据量的统计值来判断应用程序15₁是较常采用随机存取模式或连续存取模式。举例来说，在随机存取模式下每一指令的存取数据量多半不超过16千字节组，因此倘若取自应用程序特性数据库110的单一指令存取数据量的统计值小于上述门限值，则判定模块120判断应用程序15₁较常采用随机存取模式，故选择以存取速度较快的第一存储单元21来存储应用程序15₁欲写入的数据。反之，判定模块120判断应用程序15₁较常采用连续存取模式，由于在连续存取模式下，第一存储单元21的高存取速度的优势较不易完全展现，因此判定模块120将选择以第二存储单元23来存储应用程序15₁欲写入的数据。

值得一提的是，判定模块120会根据每次接收到的写入指令的内容来更新记录在应用程序特性数据库110中相对应的应用程序的数据存取类型。例如，调整存取频率、文件大小与单一指令存取数据量个别的统计值。并且，判定模块120会定期依据存储装置20的操作表现来修正第一类存取规则及/或第二类存取规则。

举例来说，假设应用程序特性数据库110所记录的文书处理应用程序的数据存取类型系符合第一类存取规则，那么判定模块120会选择将文书处理应用程序所产生的数据写入第一存储单元21。然而，倘若一使用者每次利用文书处理应用程序所建立的文件都超过大文件容量下限值，在依照既有规则将文书处理应用程序建立的文件都写入第一存储单元21后，存储装置20会将第一存储单元21的可用空间被快速耗尽的信息反馈给判定模块120，因此，判定模块120可得知目前的存取规则并不适用于该使用者的使用习惯，进而会调整存取规则的内容来确保之后文书处理应用程序所建立的文件会被写入第二存储单元23，而不再是写入第一存储单元21。也就是说，存储装置20在配合判定模块120的控制而写入数据后，也会在数据存取的过程中主动检测第一存储单元21及第二存储单元23的使用表现，并将其反馈给判定模块120，据以让判定模块120依据存储装置20所回报的信息来更新第一类存取规则及/或第二类存取规则，以符合个别使用者的使用习惯。

在上述实施例中，判定模块120能根据应用程序特性数据库110提供的信息来决定将应用程序151欲写入的数据写入第一存储单元21或第二存储单元23。进一步来说，判定模块120能依据应用程序15₁的数据存取类型有效率地分配空间以及管理写入的文件，并且尽可能地将文件以连续的方式读写，减少因随机存取而所造成的速度下降，据此得到更佳的读写表现。

从另一方面来看，通过判定模块120的上述操作方式也能够减少以闪速存储器作为存储媒介的第一存储单元21中的零碎空间(fragmented space)产生，直接降低垃圾回收(Garbage Collection，以下简称GC)的频率与成本，并有效抑制写入放大因子(WriteAmplification Factor，以下简称WAF)，降低第一存储单元21中的存储单元的删除次数(Erase count)，使得第一存储单元21的寿命得以延长，并提升其可靠度。

再者，由于在读写相同的外部工作量条件之下，判定模块120的操作能有效降低第一存储单元21的实际写入次数。且对第一存储单元21来说，由于其受到小容量的限制，若无法妥善分配存储空间，则必定会很快面临到容量不足的困境，而为了解决此种困境，就必须频繁地做内部垃圾回收、数据搬移以及将文件回存至其他存储装置中，如此一来，读写与删除的操作就会更为频繁，同时也变得更加耗电，因此通过有效率地写入文件也能使其在功耗表现上有所改善。

综上所述，本发明所述的数据写入方法与系统能依据应用程序的数据存取类型选择不同类型的存储单元来存储应用程序欲写入的数据。据此确保存储装置在读写表现、可靠度，以及电源功耗等方面都有大幅进步，进而让使用者同时享受不同类型的存储媒介所带来的优势。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种数据写入方法，用于从一主机系统将一数据写入具有一第一存储单元与一第二存储单元的一存储装置，其特征在于，包括：

提供一应用程序特性数据库；

接收执行在该主机系统的一应用程序欲将该数据写入该存储装置的一写入指令；

自该应用程序特性数据库取得该应用程序所对应的一数据存取类型；

依据该数据存取类型与一存取管理策略选择将该数据写入至该第一存储单元或该第二存储单元，其中该第一存储单元为一闪速存储器存储单元，而该第二存储单元为一磁盘存储单元，且该存取管理策略包括该第一存储单元所对应的一第一类存取规则以及该第二存储单元所对应的一第二类存取规则；以及

定期依据该存储装置的一操作表现修正该第一类存取规则和/或该第二类存取规则。

2.根据权利要求1所述的数据写入方法，其特征在于，该数据存取类型包括一存取频率、一文件大小与一单一指令存取数据量个别的一统计值，而依据该数据存取类型与该存取管理策略选择将该数据写入至该第一存储单元或该第二存储单元的步骤包括：

当该存取频率、该文件大小与该单一指令存取数据量个别的该统计值符合该第一类存取规则时，将该数据写入该第一存储单元；以及

当该存取频率、该文件大小与该单一指令存取数据量个别的该统计值符合该第二类存取规则时，将该数据写入该第二存储单元。

3.根据权利要求1所述的数据写入方法，其特征在于，提供该应用程序特性数据库的步骤包括：

在一特定期间内收集该应用程序的一存取频率、一文件大小与一单一指令存取数据量的多个实际值；

根据该些实际值计算该存取频率、该文件大小与该单一指令存取数据量个别的一统计值；以及

将该存取频率、该文件大小与该单一指令存取数据量个别的该统计值记录在该应用程序特性数据库。

4.根据权利要求1所述的数据写入方法，其特征在于，还包括：

根据该写入指令的内容更新记录在该应用程序特性数据库中该应用程序所对应的该数据存取类型。

5.根据权利要求1所述的数据写入方法，其特征在于，该第一类存取规则至少包括一高存取频率门限值与一随机存取模式，且该第二类存取规则至少包括一大文件容量下限值与一连续存取模式。

6.一种数据写入系统，其特征在于，包括：

一应用程序特性数据库；以及

一判定模块，耦接该应用程序特性数据库，该判定模块在接收执行在一主机系统的一应用程序欲将一数据写入一存储装置的一写入指令时，自该应用程序特性数据库取得该应用程序所对应的一数据存取类型，并且依据该数据存取类型与一存取管理策略选择将该数据写入至该存储装置的一第一存储单元或一第二存储单元，其中该第一存储单元为一闪速存储器存储单元，而该第二存储单元为一磁盘存储单元，其中该存取管理策略包括该第一存储单元所对应的一第一类存取规则以及该第二存储单元所对应的一第二类存取规则，

其中该判定模块并定期依据该存储装置的一操作表现修正该第一类存取规则及/或该第二类存取规则。

7.根据权利要求6所述的数据写入系统，其特征在于，该数据存取类型包括一存取频率、一文件大小与一单一指令存取数据量个别的一统计值，而该判定模块在该存取频率、该文件大小与该单一指令存取数据量个别的该统计值符合该第一类存取规则时，选择将该数据写入该第一存储单元；

该判定模块在该存取频率、该文件大小与该单一指令存取数据量个别的该统计值符合该第二类存取规则时，选择将该数据写入该第二存储单元。

8.根据权利要求7所述的数据写入系统，其特征在于，还包括：

一数据库建立模块，耦接该应用程序特性数据库，该数据库建立模块在一特定期间内收集该应用程序的该存取频率、该文件大小与该单一指令存取数据量的多个实际值，根据该些实际值计算该存取频率、该文件大小与该单一指令存取数据量个别的该统计值，以及将该存取频率、该文件大小与该单一指令存取数据量个别的该统计值记录在该应用程序特性数据库。

9.根据权利要求7所述的数据写入系统，其特征在于，该判定模块根据该写入指令的内容更新记录在该应用程序特性数据库中该应用程序所对应的该数据存取类型。

10.根据权利要求6所述的数据写入系统，其特征在于，该第一类存取规则至少包括一高存取频率门限值与一随机存取模式，且该第二类存取规则至少包括一大文件容量下限值与一连续存取模式。