CN103902465B - 一种固态硬盘垃圾回收的方法、系统和固态硬盘控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及存储技术领域，本发明实施例公开了一种固态硬盘垃圾回收的方法、系统及固态硬盘控制器，所述方法包括：接收对固态硬盘进行垃圾回收处理的命令；根据所述命令从所述固态硬盘包含的多个条带中确定出需要进行垃圾回收处理的垃圾回收条带；从所述垃圾回收条带包含的多个数据块中确定出需要进行垃圾回收处理的垃圾回收数据块；将所述垃圾回收数据块中的有效数据写入其他条带的数据块中，并对所述垃圾回收数据块进行擦除处理得到空白数据块；将所述垃圾回收条带中的所述空白数据块组建成第一逻辑子条带，并对所述第一逻辑子条带进行条带化管理。采用本方案可提高固态硬盘垃圾回收效率，降低性能开销。
Description
技术领域
本发明涉及存储技术领域，尤其涉及一种固态硬盘垃圾回收的方法、系统和固态硬盘控制器。
背景技术
RAID(Redundant Array of Independent Disks,独立磁盘冗余阵列)算法是一种高性能、高可靠的存储技术，通过将一系列单独的磁盘以不同的方式组合起来，为应用终端或终端集群提供逻辑上的磁盘。其中，使用RAID的优点包括：扩大磁盘容量、提高磁盘读写的性能和数据的安全性。具体的，RAID技术已经广泛应用于数据存储的各种场合，常用的RAID技术包括RAID0、RAID1、RAID5、RAID6、RAID10等。
目前在采用RAID算法处理数据的固态硬盘中，垃圾回收机制主要使用数据搬迁技术，即将存在较多无效数据的条带中的数据搬移到其他条带的方法来实现垃圾回收。搬迁是以整个条带为单位，每次将整个条带中所有的有效数据搬移到一个新的条带中，最后将整个条带进行擦除处理，回收得到整个条带大小的可用空间。采用该方案进行固态硬盘的垃圾回收时，由于需要对条带内的所有有效数据进行搬移，造成较大的写放大和性能开销，使得垃圾回收效率较低。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种固态硬盘垃圾回收的方法、系统和固态硬盘控制器，用于提高垃圾回收效率，降低系统的性能开销。
本发明第一方面提供了一种固态硬盘垃圾回收的方法，包括：
接收对固态硬盘进行垃圾回收处理的命令；
根据所述命令从所述固态硬盘包含的多个条带中确定出需要进行垃圾回收处理的一个或多个垃圾回收条带；
从所述垃圾回收条带包含的多个数据块中确定出需要进行垃圾回收处理的一个或多个垃圾回收数据块；
将所述一个或多个垃圾回收数据块中的有效数据写入其他条带的数据块中，并对所述一个或多个垃圾回收数据块进行擦除处理得到空白数据块；
将同一个所述垃圾回收条带中的一个或多个所述空白数据块组建成第一逻辑子条带，并对所述第一逻辑子条带进行条带化管理。
在第一种可能的实现方式中，所述对所述一个或多个垃圾回收数据块进行擦除处理得到空白数据块之后，所述方法还包括：
将同一个所述垃圾回收条带中包含的一个或多个所述空白数据块之外的其他数据块组建成第二逻辑子条带，并对所述第二逻辑子条带进行条带化管理。
结合第一方面，或第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述从所述固态硬盘包含的多个条带中确定出需要进行垃圾回收处理的垃圾回收条带，包括：
计算所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的第一有效数据比例和所述第一有效数据比例的权重得到第一计算结果；
计算所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的擦除次数和所述擦除次数的权重得到第二计算结果；
计算所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的所述第一计算结果和所述第二计算结果的和值，并确定所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的优先级，其中，所述和值大的条带的优先级高于所述和值小的条带的优先级；
从所述固态硬盘包含的多个条带中确定出优先级最低的N个条带为需要进行垃圾回收处理的所述垃圾回收条带，其中，N为大于0的整数。
结合第一方面，或第一方面的第一种可能的实现方式，或第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述从所述垃圾回收条带包含的多个数据块中确定出需要进行垃圾回收处理的垃圾回收数据块，包括：
获取所述垃圾回收条带包含的多个数据块中每个数据块的第二有效数据比例；
当所述垃圾回收条带包含的数据块的第二有效数据比例低于预设的回收阈值，则确定其第二有效数据比例低于所述预设的回收阈值的数据块为垃圾回收数据块。
结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述获取所述垃圾回收条带包含的多个数据块中每个数据块的第二有效数据比例，包括：
基于所述垃圾回收条带包含的多个数据块中每个数据块预置的有效数据页计数器获取所述每个数据块的有效数据页数；
确定所述每个数据块的有效数据页数与所述每个数据块的总数据页数之比为所述每个数据块的第二有效数据比例。
本发明第二方面提供一种固态硬盘控制器，包括：
接收模块，用于接收对固态硬盘进行垃圾回收处理的命令；
条带确定模块，用于根据所述命令从所述固态硬盘包含的多个条带中确定出需要进行垃圾回收处理的一个或多个垃圾回收条带；
数据块确定模块，用于从所述垃圾回收条带包含的多个数据块中确定出需要进行垃圾回收处理的一个或多个垃圾回收数据块；
数据块处理模块，用于将所述一个或多个垃圾回收数据块中的有效数据写入其他条带的数据块中，并对所述一个或多个垃圾回收数据块进行擦除处理得到空白数据块；
组建模块，用于将同一个所述垃圾回收条带中的一个或多个所述空白数据块组建成第一逻辑子条带，并对所述第一逻辑子条带进行条带化管理。
在第一种可能的实现方式中，所述组建模块还用于将同一个所述垃圾回收条带中包含的一个或多个所述空白数据块之外的其他数据块组建成第二逻辑子条带，并对所述第二逻辑子条带进行条带化管理。
结合第二方面，或第二方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述条带确定模块具体用于计算所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的第一有效数据比例和所述第一有效数据比例的权重得到第一计算结果；计算所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的擦除次数和所述擦除次数的权重得到第二计算结果；计算所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的所述第一计算结果和所述第二计算结果的和值，并确定所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的优先级，其中，所述和值大的条带的优先级高于所述和值小的条带的优先级；从所述固态硬盘包含的多个条带中确定出优先级最低的N个条带为需要进行垃圾回收处理的所述垃圾回收条带，其中，N为大于0的整数。结合第二方面，或第二方面的第一种可能的实现方式，或第二方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述数据块确定模块具体用于获取所述垃圾回收条带包含的多个数据块中每个数据块的第二有效数据比例；当所述垃圾回收条带包含的数据块的第二有效数据比例低于预设的回收阈值，则确定其第二有效数据比例低于所述预设的回收阈值的数据块为垃圾回收数据块。
结合第二方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述数据块确定模块具体用于基于所述垃圾回收条带包含的多个数据块中每个数据块预置的有效数据页计数器获取所述每个数据块的有效数据页数；确定所述每个数据块的有效数据页数与所述每个数据块的总数据页数之比为所述每个数据块的第二有效数据比例。
本发明第三方面提供一种固态硬盘垃圾处理系统，包括固态硬盘和本发明第二方面所述的固态硬盘控制器，其中，所述固态硬盘控制器用于控制对所述固态硬盘进行垃圾回收处理。
由上可知，本发明实施例提供的固态硬盘垃圾回收方法，在接收到对固态硬盘进行垃圾回收处理的命令时，可通过首先确定出所述固态硬盘中至少一个垃圾回收条带及同一个垃圾回收条带中至少一个垃圾回收数据块，然后针对所述垃圾回收数据块执行数据擦除和搬移操作得到至少一个空白数据块，并对其组建逻辑子条带以进行条带化管理。本发明实施例提供的固态硬盘垃圾回收方法，只需对垃圾数据块进行擦除，且可进行条带化处理，因此，与现有技术中对整个条带进行擦除处理相比，本发明实施例提供的固态硬盘垃圾回收方法能够提高垃圾回收效率，并降低系统的性能开销。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种固态硬盘垃圾回收的方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种固态硬盘垃圾回收的方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种固态硬盘控制器的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种固态硬盘垃圾处理系统的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种具体的应用固态硬盘垃圾回收的方法的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
固态硬盘是一种由Flash芯片构建的存储设备，固态硬盘控制器也是一个芯片，如FPGA、ASIC等，通过对所述固态硬盘控制器中的芯片编程来控制对所述固态硬盘的读写访问或各种操作。所述固态硬盘控制器和构成固态硬盘的Flash芯片可设置在一个PCB板上，即以盘或卡的形式呈现，通过I/O接口与主机通信。所述固态硬盘必须通过擦除处理获取需要的空间，即将有效数据放入其他位置，而将原有的位置擦除来回收失效的数据空间，即垃圾回收机制。如何提高垃圾回收效率，降低系统的性能开销是本发明实施例所要解决的问题。
请参见图1，为本发明实施例提供的一种固态硬盘垃圾回收的方法的流程示意图，本发明实施例的所述方法可在上述固态硬盘控制器中实现，具体的，所述方法包括：
S101，接收对固态硬盘进行垃圾回收处理的命令；
可选的，所述接收的对固态硬盘进行垃圾回收处理的命令可为与本端相连接的主机发送的垃圾回收处理命令。
S102，根据所述命令从所述固态硬盘包含的多个条带中确定出需要进行垃圾回收处理的一个或多个垃圾回收条带；
所述垃圾回收条带是指需要回收失效的数据空间的存储单元；所述从所述固态硬盘包含的多个条带中确定出需要进行垃圾回收处理的一个或多个垃圾回收条带，可通过计算所述固态硬盘包含的每个条带的优先级Pk来确定，例如：
Pk＝(MXk,NYk)，
其中，M表示条带的有效数据比例权重，N表示条带的擦除次数权重，Xk表示标号为k的条带的有效数据比例，Yk表示标号为k的条带的擦除次数，由MXk和NYk决定各条带的优先级Pk，根据所述优先级Pk来确定优先进行垃圾回收的条带作为垃圾回收条带。
更具体的，所述确定垃圾回收条带可包括：
计算所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的第一有效数据比例和所述第一有效数据比例的权重得到第一计算结果；
计算所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的擦除次数和所述擦除次数的权重得到第二计算结果；
计算所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的所述第一计算结果和所述第二计算结果的和值，并确定所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的优先级，其中，所述和值大的条带的优先级高于所述和值小的条带的优先级；
从所述固态硬盘包含的多个条带中确定出优先级最低的N个条带为需要进行垃圾回收处理的所述垃圾回收条带，其中，N为大于0的整数。
S103，从所述垃圾回收条带包含的多个数据块中确定出需要进行垃圾回收处理的一个或多个垃圾回收数据块；
具体的，所述从所述垃圾回收条带包含的多个数据块中确定出需要进行垃圾回收处理的一个或多个垃圾回收数据块可包括如下步骤：
获取所述垃圾回收条带包含的多个数据块中每个数据块的第二有效数据比例；
当所述垃圾回收条带包含的数据块的第二有效数据比例低于预设的回收阈值，则确定其第二有效数据比例低于所述预设的回收阈值的数据块为垃圾回收数据块。
其中，所述第二有效数据比例可根据数据块中预置的有效数据页计数器记录的有效数据页数，计算所述有效数据页数与所述数据块的总数据页数的比值，将该比值作为第二有效数据比例；所述预设的回收阈值可为固定值，或根据本端建立的模型动态调整的值，或根据提供的阈值接口由用户进行设置的值，所述回收阈值用于判断所述垃圾回收条带中的垃圾回收数据块。
S104，将所述一个或多个垃圾回收数据块中的有效数据写入其他条带的数据块中，并对所述一个或多个垃圾回收数据块进行擦除处理得到空白数据块；
S105，将同一个所述垃圾回收条带中的一个或多个所述空白数据块组建成第一逻辑子条带，并对所述第一逻辑子条带进行条带化管理。
其中，所述将同一个所述垃圾回收条带中的一个或多个所述空白数据块组建成第一逻辑子条带具体可通过柔性独立磁盘冗余阵列RAID算法来实现，所述第一逻辑子条带包含的所述空白数据块的物理地址可以是不连续的，所述第一逻辑子条带能够实现和固态硬盘包含的多个条带相同的功能。
所述柔性RAID算法具体是指在条带大小为n的系统中，可以由条带中全部n个存储单元组建RAID(如逻辑子条带)，也可以使用n-m(<0m<n-2)个存储单元组建RAID，即使用部分存储单元组建RAID，m可根据当前条带中的可用存储单元动态调整。例如在条带大小为16的情况下，可以使用全部16个存储单元组建RAID；当其中6个存储单元不可用时，也可以使用10个存储单元组建RAID.
另外，所述对一个或多个垃圾回收数据块进行擦除处理得到空白数据块之后，还包括：将同一个所述垃圾回收条带中包含的一个或多个所述空白数据块之外的其他数据块组建成第二逻辑子条带，并对所述第二逻辑子条带进行条带化管理。
具体的，所述将同一个所述垃圾回收条带中包含的一个或多个所述空白数据块之外的其他数据块组建成第二逻辑子条带可包括：将所述同一个所述垃圾回收条带中未确定为垃圾回收数据块的数据块(即这些数据块的第二有效数据比例大于所述预设的回收阈值的数据块)根据所述柔性RAID算法构建第二逻辑子条带，同样的所述第二逻辑子条带中的数据块的物理地址可以为不连续的。
其中，所述并对所述第二逻辑子条带进行条带化管理包括将上层(例如主机)对所述第二逻辑子条带的读写转化为对所述第二逻辑子条带物理存储单元的读写，并把各种访问请求按RAID算法分配到个物理存储单元处理后，将处理结果返回给上层等。
本发明实施例提供的固态硬盘垃圾回收方法，在接收到对固态硬盘进行垃圾回收处理的命令时，可通过首先确定出所述固态硬盘中至少一个垃圾回收条带及所述至少一个垃圾回收条带中至少一个垃圾回收数据块，然后针对所述垃圾回收数据块执行数据擦除和搬移操作得到至少一个空白数据块，并对其组建逻辑子条带以进行条带化管理。本发明实施例提供的固态硬盘垃圾回收方法，只需对垃圾数据块进行擦除，且可进行条带化处理，因此，与现有技术中对整个条带进行擦除处理相比，本发明实施例提供的固态硬盘垃圾回收方法能够提高垃圾回收效率，并降低系统的性能开销。
请参见图2，为本发明实施例提供的另一种固态硬盘垃圾回收的方法的流程示意图，本发明实施例的所述方法可应用在固态硬盘控制器中，所述方法包括：
S201，接收对固态硬盘进行垃圾回收处理的命令；
S202，计算所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的第一有效数据比例和所述第一有效数据比例的权重得到第一计算结果；
其中，获取所述每个条带的第一有效数据比例的方式可以为：在固态硬盘包含的多个条带中的每个条带预置有效数据页计数器，当有效数据页增加时，有效数据页计数器加1，当有效数据页减少时，有效数据页计数器减1，则有效数据页计数器的计数结果与每个条带中总数据页数的比例为第一有效数据比例；根据预置的第一有效数据比例的权重，得到第一计算结果。
S203，计算所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的擦除次数和所述擦除次数的权重得到第二计算结果；
可选的，所述每个条带的擦除次数也可以通过在条带中预置擦除次数计数器，将条带中所述擦除次数计数器的计数结果作为每个条带的擦除次数，结合预置的擦除次数的权重，可得到第二计算结果。
S204，计算所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的所述第一计算结果和所述第二计算结果的和值，并确定所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的优先级；
其中，所述和值大的条带的优先级高于所述和值小的条带的优先级；
S205，从所述固态硬盘包含的多个条带中确定出优先级最低的N个条带为需要进行垃圾回收处理的所述垃圾回收条带，其中，N为大于0的整数。
S206，获取所述垃圾回收条带包含的多个数据块中每个数据块的第二有效数据比例；
具体的，所述获取所述垃圾回收条带包含的多个数据块中每个数据块的第二有效数据比例包括：基于所述垃圾回收条带包含的多个数据块中每个数据块预置的有效数据页计数器获取所述每个数据块的有效数据页数；确定所述每个数据块的有效数据页数与所述每个数据块的总数据页数之比为所述每个数据块的第二有效数据比例。
S207，当所述垃圾回收条带包含的数据块的第二有效数据比例低于预设的回收阈值，则确定其第二有效数据比例低于所述预设的回收阈值的数据块为垃圾回收数据块。
其中，所述预设的回收阈值可根据用户通过提供的阈值接口设定的参数进行设置得到。
S208，将所述一个或多个垃圾回收数据块中的有效数据写入其他条带的数据块中，并对所述一个或多个垃圾回收数据块进行擦除处理得到空白数据块；
其中，所述其他条带的数据块为含有可用空间的条带；所述空白数据块即数据块可以重新写入数据的可用数据空间。
S209，将同一个所述垃圾回收条带中的一个或多个所述空白数据块组建成第一逻辑子条带，并对所述第一逻辑子条带进行条带化管理。
其中，所述第一逻辑子条带中数据块的物理地址可以是不连续的；所述条带化管理包括将上层对逻辑子条带/条带的读写转化为对物理磁盘的读写，并将上层的请求根据RAID算法进行解析并发送到各个存储单元处理完成后返回给上层，即容量和读写访问的管理。
S210，将同一个所述垃圾回收条带中包含的一个或多个所述空白数据块之外的其他数据块组建成第二逻辑子条带，并对所述第二逻辑子条带进行条带化管理。
具体的，所述空白数据块之外的其他数据块是指所述垃圾回收条带中有效数据比例大于预设的所述回收阈值的数据块，基于柔性RAID算法对所述垃圾回收条带中有效数据比例大于预设的回收阈值的数据块组建第二逻辑子条带，所述并对所述第二逻辑子条带进行条带化管理包括将上层(例如主机)对所述第二逻辑子条带的读写转化为对所述第二逻辑子条带物理存储单元的读写，并把各种访问请求按RAID算法分配到个物理存储单元处理后，将处理结果返回给上层等。
可选地，上述各条带的有效数据比例和各数据块的有效数据比例，可以建立一个条带、数据块、有效数据比例和擦除次数的映射表，系统需要相应的数据时，可以直接从表中获取，进一步的提高垃圾回收效率。
本发明实施例通过获取固态硬盘中各条带的有效数据比例和擦除次数从所述包含的至少一个条带的固态硬盘中确定出垃圾回收条带，再对所述垃圾回收条带中有效数据比例低于回收阈值的数据块执行数据搬移和擦除处理，最后对所述垃圾回收条带中获得的空白数据块和所述空白数据块之外的数据块分别组建第一逻辑子条带和第二逻辑子条带。本发明实施例不仅以数据块为垃圾回收单位，而且采用RAID算法对得到的空白数据块构件逻辑子条带，与现有技术相比，降低了固态硬盘的性能开销，并提高了固态硬盘的空间利用率。
请参见图3，为本发明实施例提供的一种固态硬盘控制器的结构示意图，本发明实施例的所述装置包括接收模块1、条带确定模块2、数据块确定模块3、数据块处理模块4和组建模块5，具体的：
接收模块1，用于接收对固态硬盘进行垃圾回收处理的命令；
可选的，所述接收的对固态硬盘进行垃圾回收处理的命令可为与本端相连接的主机发送的垃圾回收处理命令。
条带确定模块2，用于根据所述命令从所述固态硬盘包含的多个条带中确定出需要进行垃圾回收处理的一个或多个垃圾回收条带；
所述垃圾回收条带是指需要回收失效的数据空间的存储单元；所述条带确定模块2根据所述命令从所述固态硬盘包含的多个条带中确定出需要进行垃圾回收处理的一个或多个垃圾回收条带，可通过计算所述固态硬盘包含的各个条带的优先级Pk来确定，例如：
Pk＝(MXk,NYk)，
其中，M表示条带的有效数据比例权重，N表示条带的擦除次数权重，Xk表示标号为k的条带的有效数据比例，Yk表示标号为k的条带的擦除次数，由MXk和NYk决定各条带的优先级Pk，根据所述优先级Pk来确定优先进行垃圾回收的条带作为垃圾回收条带。
更具体的，所述条带确定模块2确定垃圾回收条带可包括如下步骤：
计算所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的第一有效数据比例和所述第一有效数据比例的权重得到第一计算结果；
计算所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的擦除次数和所述擦除次数的权重得到第二计算结果；
计算所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的所述第一计算结果和所述第二计算结果的和值，并确定所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的优先级，其中，所述和值大的条带的优先级高于所述和值小的条带的优先级；
从所述固态硬盘包含的多个条带中确定出优先级最低的N个条带为需要进行垃圾回收处理的所述垃圾回收条带，其中，N为大于0的整数。
数据块确定模块3，用于从所述垃圾回收条带包含的多个数据块中确定出需要进行垃圾回收处理的一个或多个垃圾回收数据块；
具体的，所述数据块确定模块3从所述垃圾回收条带包含的多个数据块中确定出需要进行垃圾回收处理的一个或多个垃圾回收数据块可包括如下步骤：
获取所述垃圾回收条带包含的多个数据块中每个数据块的第二有效数据比例；
当所述垃圾回收条带包含的数据块的第二有效数据比例低于预设的回收阈值，则确定其第二有效数据比例低于所述预设的回收阈值的数据块为垃圾回收数据块。
其中，所述第二有效数据比例可根据数据块中预置的有效数据页计数器记录的有效数据页数，计算所述有效数据页数与所述数据块的总数据页数的比值，将该比值作为第二有效数据比例；所述预设的回收阈值可为固定值，或根据本端建立的模型动态调整的值，或根据提供的阈值接口由用户进行设置的值，所述回收阈值用于判断所述垃圾回收条带中的垃圾回收数据块。
数据块处理模块4，用于将所述一个或多个垃圾回收数据块中的有效数据写入其他条带的数据块中，并对所述一个或多个垃圾回收数据块进行擦除处理得到空白数据块；
组建模块5，用于将同一个所述垃圾回收条带中的一个或多个所述空白数据块组建成第一逻辑子条带，并对所述第一逻辑子条带进行条带化管理。
其中，所述数据块处理模块4将同一个所述垃圾回收条带中的一个或多个所述空白数据块组建成第一逻辑子条带具体可通过柔性独立磁盘冗余阵列RAID算法来实现，所述第一逻辑子条带包含的所述空白数据块的物理地址可以是不连续的。
所述柔性RAID算法具体是指在条带大小为n的系统中，可以由条带中全部n个存储单元组建RAID(如逻辑子条带)，也可以使用n-m(<0m<n-2)个存储单元组建RAID，即使用部分存储单元组建RAID，m可根据当前条带中的可用存储单元动态调整。例如在条带大小为16的情况下，可以使用全部16个存储单元组建RAID；当其中6个存储单元不可用时，也可以使用10个存储单元组建RAID。
进一步的，所述固态硬盘控制器中所述组建模块5还用于将同一个所述垃圾回收条带中包含的一个或多个所述空白数据块之外的其他数据块组建成第二逻辑子条带，并对所述第二逻辑子条带进行条带化管理。
所述条带确定模块2具体用于计算所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的第一有效数据比例和所述第一有效数据比例的权重得到第一计算结果；计算所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的擦除次数和所述擦除次数的权重得到第二计算结果；计算所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的所述第一计算结果和所述第二计算结果的和值，并确定所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的优先级，其中，所述和值大的条带的优先级高于所述和值小的条带的优先级；从所述固态硬盘包含的多个条带中确定出优先级最低的N个条带为需要进行垃圾回收处理的所述垃圾回收条带，其中，N为大于0的整数。
所述数据块确定模块3具体用于获取所述垃圾回收条带包含的一个以上数据块中每个数据块的第二有效数据比例；当所述垃圾回收条带包含的数据块的第二有效数据比例低于预设的回收阈值，则确定其第二有效数据比例低于所述预设的回收阈值的数据块为垃圾回收数据块。
进一步的，所述数据块确定模块3具体用于基于所述垃圾回收条带包含的一个以上数据块中每个数据块预置的有效数据页计数器获取所述每个数据块的有效数据页数；确定所述每个数据块的有效数据页数与所述每个数据块的总数据页数之比为所述每个数据块的第二有效数据比例。
本发明实施例提供的固态硬盘控制器，在接收到对固态硬盘进行垃圾回收处理的命令时，可通过首先确定出所述固态硬盘中至少一个垃圾回收条带及所述至少一个垃圾回收条带中至少一个垃圾回收数据块，然后针对所述垃圾回收数据块执行数据擦除和搬移操作得到至少一个空白数据块，并对其组建逻辑子条带以进行条带化管理。在本发明实施例提供的固态硬盘控制器对垃圾数据块进行擦除，并进行条带化处理，与现有技术中对整个条带进行擦除处理相比，本发明实施例提供的固态硬盘垃圾回收方法能够提高垃圾回收效率，并降低系统的性能开销，并改善了固态硬盘的处理性能。
请参见图4，为本发明实施例提供的一种固态硬盘垃圾处理系统，包括固态硬盘和上述发明实施例所述的固态硬盘控制器，其中，所述固态硬盘控制器用于控制对所述固态硬盘进行垃圾回收处理，可选的，所述固态硬盘包括多个Flash芯片组，支持多通道，每个通道上可连接多个Flash芯片(如图4所示的本发明实施例以连接四个Flash芯片为例)，按照RAID模式工作。
本发明实施例的固态硬盘控制器对多个Flash芯片组采用针对数据块的垃圾回收处理，并对从垃圾回收条带中回收到的空白数据块和所述垃圾回收条带中的回收到的空白数据块之外的其他数据块分别组建第一逻辑子条带和第二逻辑子条带，与现有技术相比，以数据块为数据搬移和擦除单位，减少了数据搬移量，降低了固态硬盘的性能开销，改善了固态硬盘的容量利用率和处理性能。
请参见图5，为本发明实施例提供的一种具体的应用固态硬盘垃圾回收的方法的示意图，本发明实施例的前提是固态硬盘包含的每个条带分别由6个数据块构成，采用上述实施例所述的确定垃圾回收条带的方法，确定条带n为“垃圾回收条带”，条带m为可用条带，并且预设的回收阈值为70％.
初始状态如图5所示，经上述实施例的所述方法确定了条带n的数据块1、数据块2、数据块3、数据块4、数据块5和数据块6的第二有效数据比例分别为100％、90％、10％、10％、10％、10％；
依据上述实施例所述的确定垃圾回收数据块的方法，
数据块1有效数据比例为100％，高于回收阈值70％，则所述数据块1不作垃圾回收处理；
数据块2有效数据比例为90％，高于回收阈值70％，则所述数据块2不作垃圾回收处理；
数据块3有效数据比例为10％，低于回收阈值70％，则所述数据块3进行垃圾回收处理；
数据块4有效数据比例为10％，低于回收阈值70％，则所述数据块4进行垃圾回收处理；
数据块5有效数据比例为10％，低于回收阈值70％，则所述数据块5进行垃圾回收处理；
数据块6有效数据比例为100％，低于回收阈值70％，则所述数据块6进行垃圾回收处理；
执行所述垃圾回收处理，即将所述条带n中数据块3、数据块4、数据块5和数据块6的有效数据搬移到条带m中的数据块1，并将所述条带n中数据块3、数据块4、数据块5和数据块6的数据擦除后，所述条带n变为可用，可重新写入数据，即总容量为6个数据块，含有效数据的数据块为2个，可用数据块为4个，条带m中数据块1已写入了40％的有效数据，其他块均可用。
将所述条带n中的数据块1和数据块2基于柔性RAID算法组建第二逻辑子条带，将所述条带n中的数据块3、数据块4、数据块5和数据块6组建第一逻辑子条带。
本发明实施例在执行固态硬盘中数据块的垃圾回收方法时，搬移数据量小，擦除数据块少，并经过垃圾回收处理，新增加了3.6个数据块的可用空间，提高了固态硬盘的空间利用率，并降低了性能开销，从而增加了固态硬盘的使用寿命。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (13)
1.一种固态硬盘垃圾回收的方法，其特征在于，包括：
接收对固态硬盘进行垃圾回收处理的命令；
根据所述命令从所述固态硬盘包含的多个条带中确定出需要进行垃圾回收处理的一个或多个垃圾回收条带；
从所述垃圾回收条带包含的多个数据块中确定出需要进行垃圾回收处理的一个或多个垃圾回收数据块；
将所述一个或多个垃圾回收数据块中的有效数据写入其他条带的数据块中，并对所述一个或多个垃圾回收数据块进行擦除处理得到空白数据块；
将同一个所述垃圾回收条带中的一个或多个所述空白数据块组建成第一逻辑子条带，并对所述第一逻辑子条带进行条带化管理。
2.根据权利要求1所述的固态硬盘垃圾回收的方法，其特征在于，所述对所述一个或多个垃圾回收数据块进行擦除处理得到空白数据块之后，所述方法还包括：
将同一个所述垃圾回收条带中包含的一个或多个所述空白数据块之外的其他数据块组建成第二逻辑子条带，并对所述第二逻辑子条带进行条带化管理。
3.根据权利要求1所述的固态硬盘垃圾回收的方法，其特征在于，
所述从所述固态硬盘包含的多个条带中确定出需要进行垃圾回收处理的垃圾回收条带，包括：
计算所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的第一有效数据比例和所述第一有效数据比例的权重得到第一计算结果；
计算所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的擦除次数和所述擦除次数的权重得到第二计算结果；
计算所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的所述第一计算结果和所述第二计算结果的和值，并确定所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的优先级，其中，所述和值大的条带的优先级高于所述和值小的条带的优先级；
从所述固态硬盘包含的多个条带中确定出优先级最低的N个条带为需要进行垃圾回收处理的所述垃圾回收条带，其中，N为大于0的整数。
4.根据权利要求2所述的固态硬盘垃圾回收的方法，其特征在于，
所述从所述固态硬盘包含的多个条带中确定出需要进行垃圾回收处理的垃圾回收条带，包括：
计算所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的第一有效数据比例和所述第一有效数据比例的权重得到第一计算结果；
计算所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的擦除次数和所述擦除次数的权重得到第二计算结果；
计算所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的所述第一计算结果和所述第二计算结果的和值，并确定所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的优先级，其中，所述和值大的条带的优先级高于所述和值小的条带的优先级；
从所述固态硬盘包含的多个条带中确定出优先级最低的N个条带为需要进行垃圾回收处理的所述垃圾回收条带，其中，N为大于0的整数。
5.根据权利要求1至4任一项所述的固态硬盘垃圾回收的方法，其特征在于，
所述从所述垃圾回收条带包含的多个数据块中确定出需要进行垃圾回收处理的垃圾回收数据块，包括：
获取所述垃圾回收条带包含的多个数据块中每个数据块的第二有效数据比例；
当所述垃圾回收条带包含的数据块的第二有效数据比例低于预设的回收阈值，则确定其第二有效数据比例低于所述预设的回收阈值的数据块为垃圾回收数据块。
6.根据权利要求5所述的固态硬盘垃圾回收的方法，其特征在于，所述获取所述垃圾回收条带包含的多个数据块中每个数据块的第二有效数据比例，包括：
基于所述垃圾回收条带包含的多个数据块中每个数据块预置的有效数据页计数器获取所述每个数据块的有效数据页数；
确定所述每个数据块的有效数据页数与所述每个数据块的总数据页数之比为所述每个数据块的第二有效数据比例。
7.一种固态硬盘控制器，其特征在于，包括：
接收模块，用于接收对固态硬盘进行垃圾回收处理的命令；
条带确定模块，用于根据所述命令从所述固态硬盘包含的多个条带中确定出需要进行垃圾回收处理的一个或多个垃圾回收条带；
数据块确定模块，用于从所述垃圾回收条带包含的多个数据块中确定出需要进行垃圾回收处理的一个或多个垃圾回收数据块；
数据块处理模块，用于将所述一个或多个垃圾回收数据块中的有效数据写入其他条带的数据块中，并对所述一个或多个垃圾回收数据块进行擦除处理得到空白数据块；
组建模块，用于将同一个所述垃圾回收条带中的一个或多个所述空白数据块组建成第一逻辑子条带，并对所述第一逻辑子条带进行条带化管理。
8.根据权利要求7所述的固态硬盘控制器，其特征在于：
所述组建模块还用于将同一个所述垃圾回收条带中包含的一个或多个所述空白数据块之外的其他数据块组建成第二逻辑子条带，并对所述第二逻辑子条带进行条带化管理。
9.根据权利要求7所述的固态硬盘控制器，其特征在于：
所述条带确定模块具体用于计算所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的第一有效数据比例和所述第一有效数据比例的权重得到第一计算结果；计算所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的擦除次数和所述擦除次数的权重得到第二计算结果；计算所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的所述第一计算结果和所述第二计算结果的和值，并确定所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的优先级，其中，所述和值大的条带的优先级高于所述和值小的条带的优先级；从所述固态硬盘包含的多个条带中确定出优先级最低的N个条带为需要进行垃圾回收处理的所述垃圾回收条带，其中，N为大于0的整数。
10.根据权利要求8所述的固态硬盘控制器，其特征在于：
所述条带确定模块具体用于计算所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的第一有效数据比例和所述第一有效数据比例的权重得到第一计算结果；计算所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的擦除次数和所述擦除次数的权重得到第二计算结果；计算所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的所述第一计算结果和所述第二计算结果的和值，并确定所述固态硬盘包含的多个条带中每个条带的优先级，其中，所述和值大的条带的优先级高于所述和值小的条带的优先级；从所述固态硬盘包含的多个条带中确定出优先级最低的N个条带为需要进行垃圾回收处理的所述垃圾回收条带，其中，N为大于0的整数。
11.根据权利要求7至10任一项所述的固态硬盘控制器，其特征在于：
所述数据块确定模块具体用于获取所述垃圾回收条带包含的多个数据块中每个数据块的第二有效数据比例；当所述垃圾回收条带包含的数据块的第二有效数据比例低于预设的回收阈值，则确定其第二有效数据比例低于所述预设的回收阈值的数据块为垃圾回收数据块。
12.根据权利要求11所述的固态硬盘控制器，其特征在于：
所述数据块确定模块具体用于基于所述垃圾回收条带包含的多个数据块中每个数据块预置的有效数据页计数器获取所述每个数据块的有效数据页数；确定所述每个数据块的有效数据页数与所述每个数据块的总数据页数之比为所述每个数据块的第二有效数据比例。
13.一种固态硬盘垃圾处理系统，其特征在于，包括固态硬盘和如权利要求7至11任一项所述的固态硬盘控制器，其中，所述固态硬盘控制器用于控制对所述固态硬盘进行垃圾回收处理。
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