CN103902411A

CN103902411A - 高可靠性固态存储设备的基本管理信息的分离保存技术

Info

Publication number: CN103902411A
Application number: CN201210589896.2A
Authority: CN
Inventors: 杨威锋
Original assignee: 杨威锋
Current assignee: One way information technology (Shanghai) Co., Ltd.
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2014-07-02

Abstract

本发明公开了一种高可靠性固态存储设备的基本管理信息的分离保存技术，抽象并定义出扩展基本管理信息的保存区域信息为首要管理信息，通过双重备份机制保证首要管理信息的数据安全性，从而提高系统的可靠性。通过本发明的实施，可以保证固态存储设备的管理信息的可靠性和可用性，从而制造出基于闪存的高可靠性的存储产品。

Description

高可靠性固态存储设备的基本管理信息的分离保存技术

技术领域

本发明涉及计算机及其周边配件技术领域，特别是基于闪存芯片的计算机周边的存储设备。

背景技术

闪存芯片容易出现坏块，从而导致数据丢失。对于基于闪存芯片的存储设备来说(比如U盘、SSD等)，如果基本管理信息损害，会导致存储设备完全失效，特别是企业用的大容量存储设备，坏盘导致的后果往往是灾难性的。而闪存芯片在出厂的时候，会保证第一个block(block 0)不是坏块，所以，有些基于闪存的存储设备会把基本管理信息保存在闪存的block 0上。但是，在使用过程中，block 0会变成坏块，从而导致存储设备的失效，并且，这种失效是无法预测的。从而形成基于闪存的存储设备的最大风险。有些存储设备是把基本管理信息分散在每个block的page 0上，这样虽然可以很大程度上避免因出现少量的坏块导致系统崩溃，但是出现坏块时，仍然会有信息丢失，且必须非常小心的控制这些管理信息的写入次数，对于以物理块来映射逻辑块的算法而言，还可以承受；但是远远无法满足以物理页来映射逻辑块的高性能算法的需求。并且这种做法会导致设备在初始化时，必须扫描所有的物理块，以恢复映射表，对于大容量的设备来说，这个时间是难以接受的。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种高可靠性固态存储设备的基本管理信息的分离存储和恢复技术方案。

对于SSD来说，最重要的基本管理信息是逻辑地址和物理地址的映射表，映射表的损害将会导致SSD的数据无法修复。为了保证映射表以及其他基本管理信息能够被可靠的保存，并且快速的访问，本发明构造了更基础的信息来管理这些基本管理信息，称为首要管理信息。

本发明所采用的技术方案描述如下：

1、把存储设备的基本管理信息分为首要管理信息和扩展基本管理信息；其中，首要管理信息主要包含以下内容：

版本号；

Next page ID——用于指示下一个写入的page序号；

首要管理区域的坏块标志bitmap(如果那块坏掉，自然转接到对应的备份管理块)；

扩展管理区域的起始地址，页为单位；

扩展管理区域的空间大小，页为单位；

映射表的起始地址；

映射表的空间大小，页为单位；

映射表空间的坏块标记bitmap；

备份映射表的起始地址；

备份映射表的空间大小，页为单位；

备份映射表空间的坏块标记bitmap；

脏块池的起始地址；

脏块池的空间大小；页为单位；

脏块池区域的坏块标记bitmap

坏块表的起始地址；

坏块表的空间大小；页为单位；

坏块表区域的坏块标记bitmap；

可用块的起始地址；

可用块的空间大小；页为单位；

可用块的坏块标记bitmap；

其他管理信息；

校验和

扩展基本管理信息主要包括：映射表信息，备份映射表信息，坏块表，脏块池，可用块池等；

2、在存储设备中，依次选出4个闪存的第0个block用于存储首要管理信息；即闪存0，1，2，3的第0个block；其中，闪存0的block 0和闪存1的block 0保存相同的内容；如果闪存0的block 0坏掉，用闪存2的block 0替换；如果闪存1的block 0坏掉，用闪存3的block 0替换；为了标识方便，这里把这4个block分别标识为block 0，1，2，3；扩展基本管理信息通过首要管理信息的指示进行存储和恢复；

3、由于存储首要管理信息需要的空间小于4K，用1个闪存页可以完整的描述首要的管理信息，每次更新首要管理信息时，从page 0开始，依次往下写；写满一个block后，下次写入将会触发先擦除，后写入的操作。基本信息的写入过程如流程图1所示；

4、首要管理信息的保存采用1+1实时备份的方案，即在数据写入block 0时，同时写入block 1；

5、首要管理信息写入的触发点为其内容发生变化时；

6、首要管理信息的恢复过程如流程图2所示；

7、根据不同产品特点计算出所需的扩展基本管理信息(映射表、坏块表、脏块池、可用池等)的存储空间，并更新首要管理信息的内容；

8、扩展基本管理信息在由首要管理信息指示的区域进行信息的保存和恢复，以映射表为例，保存流程如图3所示；恢复流程如图4所示。

与现有技术相比，本发明的有益效果是使得基于闪存的存储产品的可靠性得到保证，即使基于消费级别的闪存，每1分钟出现一个坏块，系统至少可以正常运行50年。并且这种灵活的布局非常适合大容量，高性能的存储系统。

附图说明

图1是首要管理信息的保存流程图

图2是首要管理信息的恢复流程图

图3是映射表的保存过程图

图4是映射表信息的恢复过程图

首要管理信息的保存过程：

1、在关机或者扩展基本信息的内容发生变化时，需要保存首要管理信息的内容；

2、保存信息时，首先把当前block 0 page的内容读取到内存(首要管理信息的存储空间不会超过1个闪存页)；

3、完成内容的修改后，写入下一页；

4、写入成功后，再写入block 1的下一个page；

5、如果写入失败，则把数据写入其备份block的对应页：比如block 0的备份block是block 2，block 1的备份block是block 3.

首要管理信息的恢复过程：

1、在系统启动时，需要进行首要管理信息的恢复，并且以此为基础恢复扩展基本管理信息以及其他管理信息；

2、其恢复过程主要是通过CRC校验来判断是否可以恢复成功；如果CRC判断失败，则通过既定的算法规则，读取其备份块，从而完成恢复过程。

映射表的保存过程：

1、映射表的保存空间由首要管理信息指示；

2、写入过程为，满一页或者事件触发时，按页写入；

3、如果写入失败，则用备份block替换当前block，并把该block上的其余页也拷贝到备份block；并完成首要管理信息的映射表区域的坏块bitmap。映射表的恢复过程：

1、映射表的恢复过程主要根据首要管理信息的坏块bitmap来确定从哪些区域(非坏块处)读取信息；

2、通过遍历读取映射表保存空间，完成映射表的恢复。

具体实施方式

实施过程中，可以采取以下步骤：

1、根据系统容量计算首要管理信息和扩展基本管理信息需要的空间，并对管理信息空间和数据空间进行规划；

2、根据实际情况细化并实现首要管理信息和扩展基本管理信息的数据结构；

3、根据首要管理信息的保存和恢复流程进行程序实现；

4、根据映射表的保存和恢复流程抽象出扩展基本管理信息的保存和恢复流程，并完成程序实现；然后应用到其他扩展基本管理信息的程序实现，包括坏块表，脏块池，可用块池

注：

1、Block：闪存的块；

2、Current Page：当前页；

3、Bitmap：位图，利用每个bit的0、1的值来表示信息；

4、CRC：校验和。

Claims

1.一种高可靠性固态存储设备的基本管理信息的分离保存技术方案，其特征在于，包括：抽象并定义出扩展基本管理信息的保存区域信息为首要管理信息，通过双重备份机制保证首要管理信息的数据安全性，从而提高系统的可靠性。

2.根据权利要求1所述的双重备份机制，其特征在于：对首要管理信息进行实时热备份的同时，对于保存该信息的物理块也预留备份块，以在原保存块损坏时启用。