CN104156174A - 基于条带的固态硬盘raid实现方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于存储技术领域，提供了一种基于条带的固态硬盘RAID实现方法，所述方法包括：将所述固态硬盘中若干Block组成RAID阵列；将每个Block下相对位置相同的物理页组成一条带，每个条带的至少一物理页作为奇偶校验页；若所述RAID阵列中的某物理页数据出现异常，则通过该物理页数据所在条带的其它物理页数据计算恢复。本发明还相应的提供一种基于条带的固态硬盘RAID实现装置。借此，本发明能够在某页数据全部损坏的情况下恢复出该页数据，提高数据的可靠性。

Description

基于条带的固态硬盘RAID实现方法及装置

技术领域

本发明涉及存储技术领域，尤其涉及一种基于条带的固态硬盘RAID实现方法及装置。

背景技术

随着存储技术的发展，固态硬盘(SSD)已经成为计算机系统中的重要储存介质。具体应用中，SSD一个物理页通常为program(编程)/read(读取)的最小单元。现有技术有一种是将一个物理页分成均等的部分，如图1所示，LBA为固定大小的逻辑单元，一个物理页包含多个LBA，一个或多个LBA组成一个ECC单元，可将一个或多个ECC单元作为数据单元，留一同样大小的数据单元作为parity(奇偶校验)单元，并且有：

Parity＝Data0^Data1^Data2^Data3^Data4^Data5^Data6

当出现通过ECC无法恢复的错误时，例如Data3出错时，可通过以下公式计算出Data3：Data3＝Parity^Data0^Data1^Data2^Data4^Data5^Data6。

但实际上，由于NAND flash的特性，SSD不能直接复写数据，需要先erase(擦除)才能再写入数据，erase的最小单元为Block(存储块)，Block由多个物理页组成，一个Block擦除次数过多后可能成为坏块，这种情况下很可能一个物理页的数据全部无法恢复，此时，上述方法就无法恢复出出错的物理页数据，造成数据丢失。

综上可知，现有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基于条带的固态硬盘RAID实现方法及装置，能够在某页数据全部损坏的情况下恢复出该页数据，提高数据的可靠性。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于条带的固态硬盘RAID实现方法，所述方法包括：

将所述固态硬盘中若干Block组成RAID阵列；

将每个Block下相对位置相同的物理页组成一条带，每个条带的至少一物理页作为奇偶校验页；

若所述RAID阵列中的某物理页数据出现异常，则通过该物理页数据所在条带的其它物理页数据计算恢复。

根据本发明的基于条带的固态硬盘RAID实现方法，所述将所述固态硬盘中若干Block组成RAID阵列步骤包括：

静态配置若干编号呈递增排列的BANK，从每个BANK中选择一Block；

将所述选择的Block组成所述RAID阵列。

根据本发明的基于条带的固态硬盘RAID实现方法，所述方法还包括：

所述RAID阵列接收数据写入时，所述数据按照条带写入所述RAID阵列，所述条带按照每个物理页所在BANK编号由小到大顺序写入数据，且最后写入所述奇偶校验页数据；

若所述条带中的某个物理页的数据写入出错，封锁所述条带中的物理页所在的一组BLOCK，停止对该组BLOCK的数据写入，并将该组BLOCK的有效物理页搬移处理。

根据本发明的基于条带的固态硬盘RAID实现方法，所述RAID阵列接收数据写入时，所述条带按照每个物理页所在BANK编号由小到大顺序写入数据，且所述数据存储到所述RAID阵列前经过异或电路处理。

根据本发明的基于条带的固态硬盘RAID实现方法，所述若所述RAID阵列中的某物理页数据出现异常，则通过该物理页数据所在条带的其它物理页数据计算恢复步骤包括：

检测读取所述RAID阵列中的某物理页是否发生读Fail、读Empty或读UECC错误，若是，则查找该物理页所在的条带；

读出所述条带其它物理页及奇偶校验页的数据；

将所述条带其它物理页及奇偶校验页的数据异或处理，获取所述发生异常的物理页的数据。

本发明还提供一种基于条带的固态硬盘RAID实现装置，包括：

RAID阵列模块，用于将所述固态硬盘中若干Block组成RAID阵列；

条带组合模块，用于将每个Block下相对位置相同的物理页组成一条带，每个条带的至少一物理页作为奇偶校验页；

数据处理模块，用于所述RAID阵列中的某物理页数据出现异常时，通过该物理页数据所在条带的其它物理页数据计算恢复。

根据本发明的基于条带的固态硬盘RAID实现装置，所述RAID阵列模块包括：

配置子模块，静态配置若干编号呈递增排列的BANK，从每个BANK中选择一Block；

阵列子模块，用于将所述选择的Block组成所述RAID阵列。

根据本发明的基于条带的固态硬盘RAID实现装置，所述装置还包括：

写数据模块，用于所述RAID阵列接收数据写入时，将所述数据按照条带写入所述RAID阵列，将所述条带按照每个物理页所在BANK编号由小到大顺序写入数据，最后写入所述奇偶校验页数据；

写错误处理模块，用于所述条带中的某个物理页的数据写入出错时，封锁所述条带中的物理页所在的一组BLOCK，停止对该组BLOCK的数据写入，并将该组BLOCK的有效物理页搬移处理。。

根据本发明的基于条带的固态硬盘RAID实现装置，所述RAID阵列接收数据写入时，所述条带按照每个物理页所在BANK编号由小到大顺序写入数据，且所述数据存储到所述RAID阵列前经过异或电路处理。

根据本发明的基于条带的固态硬盘RAID实现装置，所述数据处理模块包括：

检测子模块，用于检测读取所述RAID阵列中的某物理页是否发生读Fail、读Empty或读UECC错误，若是，则交由查找子模块处理；

查找子模块，用于查找该物理页所在的条带，并读出所述条带其它物理页及奇偶校验页的数据；

计算子模块，用于将所述条带其它物理页及奇偶校验页的数据异或处理，获取所述发生异常的物理页的数据。

本发明通过将所述固态硬盘中若干Block组成RAID阵列，并将每个Block下相对位置相同的物理页组成一条带，每个条带的至少一物理页作为奇偶校验页。借此，当RAID阵列中的某物理页数据出现读失败，则通过该物理页数据所在条带的其它物理页数据计算恢复。借此，本发明能够在某页数据全部损坏的情况下恢复出该页数据，提高数据的可靠性。

附图说明

图1是现有技术的一物理页数据分布结构示意图；

图2是本发明的基于条带的固态硬盘RAID实现装置结构示意图；

图3是本发明的另一基于条带的固态硬盘RAID实现装置结构示意图；

图4是本发明的基于条带的RAID阵列数据分布结构示意图；

图5A是本发明一实施例的条带数据写入示意图；

图5B是本发明另一实施例的条带数据写入示意图；

图5C是本发明另一实施例的条带数据写入示意图；

图6A是本发明一实施例的条带数据读出示意图；

图6B是本发明另一实施例的条带数据读出示意图；

图6C是本发明另一实施例的条带数据读出示意图；

图7是本发明的基于条带的固态硬盘RAID实现方法流程图；

图8是本发明一实施例的RAID阵列数据写入流程图；

图9是本发明一实施例的RAID阵列数据读出流程图；

图10A是本发明一实施例的Trunk Block链表示意图；

图10B是本发明另一实施例的Trunk Block链表示意图。

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2和图3，本发明提供了一种基于条带的固态硬盘RAID实现装置，该装置100可以为包括固态硬盘或内置于固态硬盘的软件、硬件或软硬件结合结构，该装置100包括RAID阵列模块10、条带组合模块20及数据处理模块30，其中：

RAID阵列模块10，用于将固态硬盘中若干Block组成RAID阵列。

实际应用中，固态硬盘包括若干BANK，每个BANK由相同数目的Block组成，各Block则由相同数目的page(物理页)组成。本实施例中的RAID阵列模块包括配置子模块11及阵列子模块12。其中，配置子模块11用于静态配置若干编号呈递增排列的BANK，从每个BANK中选择一Block；阵列子模块12则用于将所述选择的Block组成RAID阵列。

条带组合模块20，用于将每个Block下相对位置相同的物理页组成一条带，每个条带的至少一物理页作为奇偶校验页。

数据处理模块30，用于所述RAID阵列中的某物理页数据出现异常时，通过该物理页数据所在条带的其它物理页数据计算恢复。

具体的，数据处理模块30包括检测子模块31、查找子模块32及计算子模块33。其中：检测子模块31，用于检测读取所述RAID阵列中的某物理页是否发生异常(比如读Fail、读Empty或读UECC错误)，若是，则交由查找子模块32处理；

查找子模块32，用于查找该物理页所在的条带，并读出所述条带其它物理页及奇偶校验页的数据。

计算子模块33，用于将所述条带其它物理页及奇偶校验页的数据异或处理，获取所述发生异常的物理页的数据。

需要说明的，本发明支持N+X(N表示数据页个数，X表示奇偶校验页个数)RAID的静态配置，N+X个物理页组成一stripe(条带)。

参见图4，本发明以7+1个物理页RAID5的组成方式为例讲述本发明的实现，但不局限于RAID5。

本实施例中，静态配置7+1个Bank组成一RAID阵列，Bank编号A～H不是实际编号，Bank编号可以不连续、且任意组合，但须维持递增原则，以方便管理。静态配置好8个Bank组成一RAID阵列后就不可更改。数据按条带的方式写入，顺序如图4黑色箭头所示，由左及右，由上至下。固态硬盘各组TrunkBlock(Trunk Block指一个条带的物理页对应的Block组，由一stripe所包含的page所在的一组block组成。如图10A所示，属于同一Trunk Block的Block由一单向循环链表组织，可加速查找一stripe page。图10B所示为系统在某些时刻下的不完整Trunk Block链表，可能出现在上电初始化后等情况)内Parity页与数据页分布相同，如图4所示。7+1个物理页组成一条带，若某物理页数据发生读Fail(失败)、读Empty(空页)或读UECC(超过ECC纠错范围)错误，则可通过读该物理页所在stripe(条带)的其它物理页恢复该数据页数据。

再结合图3所示的实施例，装置100还包括写数据模块40及写错误处理模块50。写数据模块40用于RAID阵列接收数据写入时，将所述数据按照条带写入所述RAID阵列，将所述条带按照每个物理页所在BANK编号由小到大顺序写入数据，最后再将该条带的奇偶校验页数据写入。如果条带中的某个物理页的数据写入出错时，则可以通过写错误处理模块50封锁所述条带中的物理页所在的一组BLOCK，停止对该组BLOCK的数据写入，留待空闲时后台做搬操作，并将该组BLOCK的有效物理页搬移处理，借此可以减少对读写性能的影响，提高读写速率。

再参见图5A～图5C所示，本发明写入RAID阵列数据的实施例。以图4所示page 0的数据写入为例，描述一stripe的数据写入。结合图4，数据按Bank编号由小至大写入Flash，当然当前各物理页的数据是可以同时写入Nand的，但它们必须逐个经过RAID异或电路。Parity(奇偶校验)页的数据计算遵循公式：

Parity＝Data b^Data c^Data d^Data e^Data f^Data g^Data h

写入数据页数据，Raid Buffer(缓存)由NFC(NAND闪存管理层)分配。数据按stripe写入，先写入一条带所有数据页数据，如图5A和5B所示第一页数据经过异或电路后，Raid Buffer存Data b，7个数据页经过异或电路后RaidBuffer存各数据页数据的异或值。若写数据页过程中某数据页写失败封锁该stripe所在Trunk Block，阻止数据继续写入该Trunk Block，留待空闲时后台做搬操作，将Trunk Block有效数据页搬走，借此减少对读写性能的影响，提高读写速率。若无写入错误的物理页，则最后写入Parity数据，如图5C。

图6A～图6C示出了本发明一实施例的条带数据读出流程。本实施例中还是以图4的page 0的数据读出为例，描述一stripe的某页数据发生读Fail、读Empty或读UECC错误后通过该stripe的其它物理页数据恢复该页数据的过程。

结合图6A，假设Bank C Block c page 0读失败，则该页数据Data c的数据计算遵循公式：Data c＝Data d^Data e^Data f^Data g^Data h^Parity^Data b

本发明通过查找子模块32找到该数据页所在stripe，并读该stripe其它物理页数据，读出顺序不分先后，结合图6B，所示第一页数据经过异或电路后RaidBuffer存Data d，7个物理页数据经过后Raid Buffer存各页数据的异或值。计算子模块33计算Raid Buffer内所存的该stripe其它页的数据异或值，借此恢复出错的物理页的数据。

本发明的parity存于一个物理页，这样一条带内的某个物理页完全损坏也能通过该条带下的其它数据页以及parity页恢复出该出错数据页数据，从而更好地保护数据，提高数据的可靠性。

参见图7，本发明提供了一种基于条带的固态硬盘RAID实现方法，其可以通过如图2所示的装置100实现，该方法包括：

步骤S701，将固态硬盘中若干Block组成RAID阵列。

实际应用中，固态硬盘包括若干BANK，每个BANK由相同数目的Block组成，各Block则由相同数目的page(物理页)组成。本发明通过静态配置若干编号呈递增排列的BANK，从每个BANK中选择一Block，将选择的Block组成RAID阵列。

步骤S702，将每个Block下相对位置相同的物理页组成一条带，每个条带的至少一物理页作为奇偶校验页。

步骤S703，若所述RAID阵列中的某物理页数据出现异常，则通过该物理页数据所在条带的其它物理页数据计算恢复，所述异常的情况包括但不限于读Fail、读Empty或读UECC错误。

图8是基于本发明的RAID阵列的数据写入流程图，其可以通过如图3所示的装置100实现，该方法以图4所示page 0的数据写入为例，描述一stripe的数据写入。需要说明的，本发明数据按Bank编号由小至大写入Flash，当然当前各物理页的数据是可以同时写入Nand的，但它们必须逐个经过RAID异或电路。Parity(奇偶校验)页的数据计算遵循公式：

Parity＝Data b^Data c^Data d^Data e^Data f^Data g^Data h

步骤S801，写入各物理页数据，Raid Buffer由NFC(NAND闪存管理层)分配。数据按stripe写入，先写入一条带所有物理页数据，结合图5A和图5B，第一页数据经过异或电路后，Raid Buffer存Data b，7个数据页经过异或电路后，Raid Buffer存各数据页数据的异或值。若写数据页过程中有物理页的数据写入失败则执行步骤S803，否则执行步骤S802。

步骤S802，写入Parity数据。如图5C所示,当一stripe数据页写完Raid Buffer存parity数据，将此数据写入Flash(闪存)。

步骤S803，写一stripe某数据页出错，则封锁该stripe所在Trunk Block，阻止数据继续写入该Trunk Block，留待空闲时后台做搬操作，将Trunk Block有效数据页搬走，这样可以减少对读写性能的影响，提高读写速率。最后将写出错的那页数据写入其它stripe。

图9是基于本发明的RAID阵列的数据读出流程图，其可以通过如图3所示的装置100实现，本实施例中还是以图4的page 0的数据读出为例，描述一stripe的某页数据发生读Fail、读Empty或读UECC错误后通过该stripe的其它物理页数据恢复该页数据的过程。

步骤S901，检测读物理页数据是否发生读Fail、读Empty或读UECC错误，若是则执行步骤S902。

步骤S902，查找该物理页所在的stripe，并读该stripe其它物理页数据，读出顺序不分先后。如图6A和6B所示，所示第一页数据经过异或电路后，RaidBuffer存Data d，7个物理页数据经过异或电路后，Raid Buffer存各页数据的异或值。

步骤S903，将其它物理页及奇偶校验页的数据异或处理运算，借此恢复出错的物理页的数据。

综上所述，本发明通过将所述固态硬盘中若干Block组成RAID阵列，并将每个Block下相对位置相同的物理页组成一条带，每个条带的至少一物理页作为奇偶校验页。借此，当RAID阵列中的某物理页数据出现读失败，则通过该物理页数据所在条带的其它物理页数据计算恢复。借此，本发明能够在某页数据全部损坏的情况下恢复出该页数据，提高数据的可靠性。

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 (10)

1.一种基于条带的固态硬盘RAID实现方法，其特征在于，所述方法包括：

将所述固态硬盘中若干Block组成RAID阵列；

将每个Block下相对位置相同的物理页组成一条带，每个条带的至少一物理页作为奇偶校验页；

若所述RAID阵列中的某物理页数据出现异常则通过该物理页数据所在条带的其它物理页数据计算恢复。

2.根据权利要求1所述的基于条带的固态硬盘RAID实现方法，其特征在于，所述将所述固态硬盘中若干Block组成RAID阵列步骤包括：

静态配置若干编号呈递增排列的BANK，从每个BANK中选择一Block；

将所述选择的Block组成所述RAID阵列。

3.根据权利要求1所述的基于条带的固态硬盘RAID实现方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述RAID阵列接收数据写入时，所述数据按照条带写入所述RAID阵列，所述条带按照每个物理页所在BANK编号由小到大顺序写入数据，且最后写入所述奇偶校验页数据；

若所述条带中的某个物理页的数据写入出错，封锁所述条带中的物理页所在的一组BLOCK，停止对该组BLOCK的数据写入，并将该组BLOCK的有效物理页搬移处理。

4.根据权利要求3所述的基于条带的固态硬盘RAID实现方法，其特征在于，所述RAID阵列接收数据写入时，所述条带按照每个物理页所在BANK编号由小到大顺序写入数据，且所述数据存储到所述RAID阵列前经过异或电路处理。

5.根据权利要求1所述的基于条带的固态硬盘RAID实现方法，其特征在于，所述若所述RAID阵列中的某物理页数据出现异常，则通过该物理页数据所在条带的其它物理页数据计算恢复步骤包括：

检测读取所述RAID阵列中的某物理页是否发生读Fail、读Empty或读UECC错误，若是，则查找该物理页所在的条带；

读出所述条带其它物理页及奇偶校验页的数据；

将所述条带其它物理页及奇偶校验页的数据异或处理，获取所述发生异常的物理页的数据。

6.一种基于条带的固态硬盘RAID实现装置，其特征在于，包括：

RAID阵列模块，用于将所述固态硬盘中若干Block组成RAID阵列；

条带组合模块，用于将每个Block下相对位置相同的物理页组成一条带，每个条带的至少一物理页作为奇偶校验页；

数据处理模块，用于所述RAID阵列中的某物理页数据出现异常时，通过该物理页数据所在条带的其它物理页数据计算恢复。

7.根据权利要求6所述的基于条带的固态硬盘RAID实现装置，其特征在于，所述RAID阵列模块包括：

配置子模块，静态配置若干编号呈递增排列的BANK，从每个BANK中选择一Block；

阵列子模块，用于将所述选择的Block组成所述RAID阵列。

8.根据权利要求6所述的基于条带的固态硬盘RAID实现装置，其特征在于，所述装置还包括：

写数据模块，用于所述RAID阵列接收数据写入时，将所述数据按照条带写入所述RAID阵列，将所述条带按照每个物理页所在BANK编号由小到大顺序写入数据，最后写入所述奇偶校验页数据；

写错误处理模块，用于所述条带中的某个物理页的数据写入出错时，封锁所述条带中的物理页所在的一组BLOCK，停止对该组BLOCK的数据写入，并将该组BLOCK的有效物理页搬移处理。

9.根据权利要求8所述的基于条带的固态硬盘RAID实现装置，其特征在于，所述RAID阵列接收数据写入时，所述条带按照每个物理页所在BANK编号由小到大顺序写入数据，且所述数据存储到所述RAID阵列前经过异或电路处理。

10.根据权利要求6所述的基于条带的固态硬盘RAID实现装置，其特征在于，所述数据处理模块包括：

检测子模块，用于检测读取所述RAID阵列中的某物理页是否发生读Fail、读Empty或读UECC错误，若是，则交由查找子模块处理；

查找子模块，用于查找该物理页所在的条带，并读出所述条带其它物理页及奇偶校验页的数据；

计算子模块，用于将所述条带其它物理页及奇偶校验页的数据异或处理，获取所述发生异常的物理页的数据。