CN105683897B - 具有陈旧数据机制的数据贮存系统及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

使用系统、方法和设备用于使能陈旧数据机制。在一个方面，该方法包括：(1)接收指定要写到的逻辑地址的写命令，(2)确定是否设置了与该逻辑地址对应的陈旧标志，(3)根据没有设置陈旧标志的确定，设置陈旧标志并且释放要处理的写命令，以及(4)根据设置了陈旧标志的确定，检测重叠，其中该重叠指示两个或更多未完成的写命令正在相同的存储器空间上操作。

Description

具有陈旧数据机制的数据贮存系统及其操作方法
技术领域
本发明大体涉及数据贮存系统，更具体地涉及具有陈旧(stale)数据机制的系统。
背景技术
通常称为贮存器或者存储器的数据贮存器指保留数字数据的计算机组件和记录介质。数据贮存器是消费和工业电子产品、尤其是诸如计算机、电视、蜂窝电话、移动设备和数字摄像机的设备的核心功能和基础组件。
近来，除了电动机械硬盘之外的长期贮存的形式对于用在计算机中变为可行。非-AND(NAND)快闪是在固态贮存设备中使用的非易失性存储器的一种形式。存储器单元以典型的行和列的方式布置，具有用于访问各个单元的电路。那些单元的存储器晶体管被放置以贮存可以被解译的模拟值以在单级单元(SLC)的情况下保持两个逻辑状态或者在多级单元(MLC)的情况下保持多于两个逻辑状态。
快闪存储器单元的重量轻，占据很少的空间，并且比电动机械盘驱动器消耗更少的功率。具有此类型的存储器的贮存系统的构造允许比典型的电动机械盘驱动器高得多的带宽和每秒的输入/输出操作(IOPS)。更重要的是，其尤其强健并且可以以非常大的温度范围而操作。其可以经受重复的掉落而没有不利影响，每次掉落将损坏典型的电动机械硬盘驱动器。快闪存储器表现出的问题是其趋向于具有有限的操作速度。
因此，仍需要更快速的数据贮存系统。鉴于对于数据贮存系统的增加的需求，越来越至关重要的是为这些问题找到答案。鉴于日益增加的商业竞争压力以及对于市场上的有意义的产品差异的增长的消费者期望和逐渐减少的机会，为这些问题找到答案至关重要。另外，降低成本、改进效率和性能以及满足竞争压力的需求为对这些问题找到答案的至关重要的必要性增加了甚至更大的紧迫性。
长期在寻求对这些问题的解决方案，但是现有的发展还没有教导或提出任何解决方案，因此，本领域技术人员始终无法掌握对这些问题的解决方案。
附图说明
图1是本发明的实施例中的数据贮存系统的框图。
图2是根据一些实施例的数据贮存系统的存储器图的示例。
图3是根据一些实施例的命令重叠的示例。
图4是根据一些实施例的逻辑到物理表的示例。
图5是根据一些实施例的写处理的第一示例。
图6是根据一些实施例的写处理的第二示例。
图7是根据一些实施例的读处理的示例。
图8是根据一些实施例的数据贮存系统的操作的方法的流程图。
具体实施方式
在此所述的各种实现方式包括用于使能陈旧数据机制的系统、方法和/或设备。一些实现方式包括用于确定是否设置了与写命令的逻辑地址对应的陈旧标志并且根据设置了陈旧标志的确定检测重叠的系统、方法和/或设备，该重叠指示两个或更多未完成的(outstanding)写命令正在相同的存储器空间上操作。
更具体地，一些实施例包括数据贮存系统的操作的方法。在一些实施例中，该方法包括：(1)接收指定要写到的逻辑地址的写命令，(2)确定是否设置了与该逻辑地址对应的陈旧标志，(3)根据没有设置陈旧标志的确定，设置陈旧标志并且释放要处理的写命令，以及(4)根据设置了陈旧标志的确定，检测重叠，其中该重叠指示两个或更多未完成的写命令正在相同的存储器空间上操作。
在一些实施例中，该方法还包括响应于检测到重叠，进行写合并操作，其中该写合并操作整合对于该逻辑地址的两个或更多未完成的写命令。
在一些实施例中，该方法还包括(1)完成写命令的处理以及(2)更新陈旧标志。
在一些实施例中，更新陈旧标志包括清除该陈旧标志。
在一些实施例中，该陈旧标志是与各个逻辑地址相关联的未完成的写命令的数量的计数，并且更新陈旧标志包括将该计数递减。
在一些实施例中，该方法还包括：(1)接收指定从其读取的第二逻辑地址的读取命令，(2)确定是否设置了与该第二逻辑地址对应的第二陈旧标志，(3)根据没有设置第二陈旧标志的确定，进行该读取命令，其中进行该读取命令包括从与该第二逻辑地址对应的物理地址读取数据，其中使用逻辑到物理表确定该物理地址，以及(4)根据设置了第二陈旧标志的确定，跳过该读取命令的进行直到没有设置第二陈旧标志。
在一些实施例中，该方法还包括根据设置了第二陈旧标志的确定，使陈旧写入优先，其中陈旧写入的完成清除该第二陈旧标志。
在一些实施例中，该方法还包括：(1)接收指定从其读取的第二逻辑地址的读取命令，(2)确定是否设置了与该第二逻辑地址对应的第二陈旧标志，(3)根据没有设置第二陈旧标志的确定，进行该读取命令，其中进行该读取命令包括从与该第二逻辑地址对应的物理地址读取数据，其中使用逻辑到物理表确定该物理地址，以及(4)根据设置了第二陈旧标志的确定，通过从对于该第二逻辑地址的进行中的写入数据读取数据来为该读取命令服务。
在一些实施例中，多个逻辑地址的每个逻辑地址具有相应的陈旧标志，并且每个陈旧标志被贮存在用于将逻辑地址映射到物理地址的逻辑到物理表中。
在一些实施例中，多个逻辑地址的每个逻辑地址具有相应的陈旧标志，并且每个陈旧标志被贮存在与用于将逻辑地址映射到物理地址的逻辑到物理表分开的表中。
在另一方面，上述的任意方法由数据贮存系统进行，该数据贮存系统包括：(1)一个或多个处理器，以及(2)存储器，贮存要由该一个或多个处理器执行的一个或多个程序，该一个或多个程序包括用于进行在此所述的任意方法或者控制在此所述的任意方法的进行的指令。
在另一方面，一些实施例包括非暂时计算机可读贮存介质，存储配置为由数据贮存系统的一个或多个处理器执行的一个或多个程序，该一个或多个程序包括用于进行在此所述的任意方法或者控制在此所述的任意方法的进行的指令。
充分详细地描述以下实施例以使得本领域技术人员能够做出和使用本发明。将理解，基于本公开，其他实施例将是显然的，并且可以不脱离本发明的范围进行系统、处理或机械上的改变。
在以下描述中，给出了许多具体细节以通过本发明的透彻理解。但是，将显而易见的是，可以没有这些具体细节而实践本发明。为了避免混淆本发明，没有详细公开一些公知的电路、系统配置和处理步骤。
示出了系统的实施例的附图是半图解式的并且不是按比例的，特别是一些尺寸是为了清楚地呈现并且在附图中放大地示出。
其中公开和描述了具有一些共同特征的多个实施例，为了清楚以及易于例示、描述和理解这些实施例，将通常利用类似的参考标记来描述彼此类似或者相同的特征。为了方便描述实施例已经被标号为第一实施例、第二实施例等等，不意图具有任何其他意义或者提供对本发明的限制。
在此提及的术语“模块”可以根据使用该数据的上下文在本发明中包括软件、硬件或其组合。例如，软件可以是机器代码、固件、嵌入式代码和应用软件。而且，例如，硬件可以是电路、处理器、计算机、集成电路、集成电路核、微机电系统(MEMS)、无源器件、包括温度传感器的环境传感器或其组合。
在此提及的术语“SSD”被定义为固态盘驱动器(solid-state disk drive)，现如今这些类型的设备使用NAND闪存作为贮存介质。在此提及的术语“读取-修改-写入”被定义为从存储器读取存储器块、更新该存储器的操作的子区域、然后将整个存储器区域写回到介质的处理。
在此提及的术语“擦除块”被定义为一组页，其是一次被擦除的最少数量的页。在此提及的术语“存储器页”被定义为被编程为单独的单元的擦除块内的存储器组件。存储器页是从擦除块读取或者被写到擦除块中的最小组的数据字节。
在此提及的术语“位错误率”(BER)被定义为在包括NAND的存储器设备中贮存的数据流中的不正确的位的数量。在此提及的术语“错误校正码”被定义为经过用于校正错误的数据集产生的数据。
在此提及的术语“保持力(retention)”被定义为存储器单元保持编程的或者正确的信息的能力。保持力指在给定时间段之后的正确数据的量，该给定时间段是驱动器被通电、未被通电或其组合的时间。在此提及的术语“编程擦除周期”(PE(program erase)周期)被定义为在擦除块内如何替换数据的基准水平操作。例如，包括NAND和其他类型的存储器设备可以具有有限数量的有用的PE周期。
在此提及的术语“年龄”指示贮存系统或者存储器组件已经存在了多久或者已经操作了多久。例如，年龄可以基于擦除周期的数量、自从擦除块最后一次被写入起已经多久、擦除块正在产生的平均BER、设备已经运行在的温度或其组合。
在此提及的术语“DMA”被定义为允许硬件子系统独立于CPU访问存储器子系统的现代计算机的特征。在此提及的术语“逻辑到物理表”(L2P)被定义为将逻辑页映射到物理快闪存储器地址的存储器中的表。
在此提及的术语“命令重叠”被定义为同时具有在进行中的到重叠的存储器位置的多个命令的动作。在此提及的术语“重叠检测”被定义为确定两个未完成的命令是否正在相同的存储器空间上操作的动作。
在此提及的术语“逻辑页”被定义为在SSD内部可被单独寻址的最小数据块。在此提及的术语“主机”被定义为与SSD交互的外部系统。术语“主机操作”被定义为由在SSD外部的系统提交的读取和写入。
在此提及的术语“陈旧标志”被定义为与逻辑页或者逻辑页集合相关联的参数，其指示介质上的数据是否是对于该逻辑页或者逻辑页集合的最新的数据。在此提及的术语“队列深度”被定义为贮存设备一次可以进行工作的主机命令的数量。
现在参考图1，示出了本发明的一个实施例中的数据贮存系统的框图。该数据贮存系统包括经由存储器总线耦合到控制器的存储器阵列。
该控制器是用于管理存储器阵列中的数据的贮存和检索的处理单元。该控制器可以是嵌入式处理器、控制逻辑或其组合。该控制器可以将贮存的数据从存储器阵列转移到主机设备。
该存储器阵列是用于贮存数据的非易失性存储器单元。该存储器阵列可以包括NAND快闪存储器阵列、NOR快闪存储器阵列、其他非易失性存储器阵列或其组合。
该存储器阵列可以利用存储器裸芯形成。存储器裸芯是用于贮存信息的半导体器件。存储器裸芯是可以独立地执行令和报告状态的最小单位。例如，存储器裸芯可以是快闪存储器器件、NAND快闪存储器芯片、NOR快闪存储器器件或其组合。
存储器总线是通信通道。存储器总线在控制器和存储器阵列之间传送数据和控制信息。
存储器裸芯可以包括单元阵列。单元阵列是用于贮存数据的非易失性快闪存储器单元的集合。例如，单元阵列可以包括单级单元快闪存储器、多级单元快闪存储器、混合功能单元或其组合。
单元阵列可以包括存储器单元。存储器单元是用于贮存信息的电子结构。例如，存储器单元可以是浮置栅极快闪存储器器件。
存储器阵列可以包括耦合到单元阵列的阵列逻辑单元。阵列逻辑单元是用于提供寻址、数据转移和感测、以及用于控制存储器阵列的其他支持的电路，用于保存以及从单元阵列检索信息。
控制器可以包括耦合到存储器阵列的存储器接口。存储器接口可以包括用于通过存储器总线与存储器阵列通信的电路。
控制器可以包括耦合到存储器接口和主机接口的控制单元。只读存储器可以耦合到该控制单元。随机存取存储器可以耦合到该控制单元以及该只读存储器。随机存取存储器可以被用作缓冲存储器用于暂时贮存被写到存储器阵列或者从存储器阵列读取的数据。
随机存取存储器可以包括控制器数据库。控制器数据库可以是数据贮存和检索(retrieval)系统。控制器数据库可以贮存关于数据贮存系统的信息。
只读存储器可以包括用于操作控制单元的软件。该软件是用于实现数据贮存系统的智能性(intelligence)的可执行代码。
控制器可以包括耦合到控制单元的错误校正码单元。错误校正码单元是用于计算可以用于在贮存的或者从存储器阵列传输的数据中检测错误、校正错误或其组合的错误校正码的处理硬件。
错误校正码单元可以使用诸如里德-所罗门码、汉明码、Bose-Chauduri-Hocquenghem(BCH)码或其组合的不同技术来计算一个或多个错误校正码值。尽管错误校正码单元是用于计算错误校正码的专用元件，但是可以理解，也可以以其他方式计算错误校正码，诸如使用控制单元计算错误校正码。
控制器可以包括经由数字连接耦合到主机设备的主机接口。主机设备是可以使用数据贮存系统来贮存数据的计算设备。例如，主机设备可以是膝上型计算机、桌面型计算机、服务器、智能电话或其组合。
主机接口可以利用数字连接在主机设备和控制器之间传送命令和数据。例如，主机接口可以检测到主机设备的连接并且基于到主机设备的连接传输命令。
数据贮存系统可以利用数字连接而连接到主机设备。该数字连接是用于在数据贮存系统和主机设备之间转移数字信息的通信链接。
数字连接可以按各种方式形式。例如，数字连接可以是用于转移信息的通用串行总线(USB)连接。在另一示例中，数字连接可以是诸如无线高保真(Wi-Fi)无线通信机制、红外通信机制、光通信系统、近场通信系统、或其组合。
现在参考图2，示出了图1的数据贮存系统的存储器图的示例。该存储器图示出了数据贮存系统包括存储器页、存储器块和数据寄存器。该数据贮存系统可以使用图1的存储器裸芯而形成。存储器裸芯包括图1的存储器单元用于贮存数据。
数据贮存系统可以具有由用于形成数据贮存系统的存储器裸芯的数量而确定的各种贮存容量。例如，数据贮存系统可以包括2千兆字节(GB)的快闪存储器、8GB、16GB或其他的存储器大小。
数据贮存系统可以包括多个存储器块。存储器块是图1的存储器阵列的部分。例如，具有2GB的容量的数据贮存系统可以具有4096个存储器块。
存储器块可以包括擦除块。擦除块是可以一次作为单个实体被擦除的存储器的最小单位。
每个擦除块可以具有编程擦除周期计数。当擦除块被擦除时，则编程擦除周期计数可以递增。编程擦除周期计数可以表示存储器块之一的年龄或者损耗程度。编程擦除周期计数是对在擦除块之一内的使用程度的测量。诸如NAND快闪的快闪存储器设备具有有限数量的有用的编程擦除周期。
存储器块可以被划分为存储器页。存储器页是可以在数据贮存系统中读取或写入的最小组的数据字节。存储器页是可以被编程的存储器的最小的可寻址单位。例如，每个存储器块可以具有64个存储器页。
存储器页包括数据区和备用(spare)区。数据区是用于贮存用户数据的一组存储器单元。数据区可以是各种大小。例如。一个存储器页的数据区可以是数个字节。
备用区是用于存储关于数据区的元数据的一组存储器单元。例如，备用区可以包括错误校正码信息、状态信息或其组合。备用区可以具有各种大小。例如，备用区可以是数个字节。存储器页可以具有用于数据区和备用区的数个字节的大小。
可以通过擦除存储器块并且将新数据编程到已经被擦除的存储器块中来更新图1的存储器阵列。编程存储器块将数据写到存储器块中。
读取存储器页之一可能导致读取错误，其中存储器页中的一个或多个为不正确。数据流中的各个位错误的数量被描述为位错误率。位错误率被定义为在数据贮存系统中贮存的数据流中的不正确位的数量。可以在由错误校正码保护的码字内检测不正确的位。
码字指由多个ECC奇偶校验字(parity words)的单个实例覆盖的一组数据字节。错误校正码指经过被分组为码字的主机或用户数据的集合而产生的奇偶校验或冗余数据。位错误率是在快闪存储器中贮存的数据流中的不正确位的数量。
数据贮存系统可以被划分为两个物理平面。平面分别可以包括所有的奇数号的块和所有的偶数号的块。将数据贮存系统配置为多个平面可以允许对每个平面的同时访问以提高性能。通过被配置具有两个平面的数据贮存系统，数据贮存系统可以进行两个同时的读取、进行两个同时的擦除操作、同时编程两页或其组合。可以对平面之一的存储器块进行每个单独的操作。数据贮存系统被描述为具有两个平面，但是可以理解可以配置多于两个平面。
现在参考图3，示出了命令重叠的示例。到来的命令队列可以包括多个主机写命令，每个主机写命令具有相关联的目标逻辑页。主机写命令之一可以与另一个主机写命令重叠，如果这两个写命令以相同的逻辑页为目标。
当存在SSD正在同时工作的多个主机命令时，整体检测处理可以有效地执行主机命令。在数据贮存系统中，有利的是从主机的角度一次进行来自命令队列的多个主机命令。另外，有利的是一旦保证命令的数据被保护，甚至在SSD完成对其工作之前，向主机宣称该命令已完成。数据贮存系统可以得到另一主机命令以开始对其工作并且立刻对甚至更多的命令工作。
但是，较早宣称命令完成要求：一旦宣称命令完成，必须保留在对于相同的地址空间的写入和读取、以及读取和写入之间的原始顺序，以确保数据完整性。对相同位置的写命令必须保留数据先后顺序(chronology)，并且任何读取必须从最后完成的写入返回数据。
由于SSD的并行操作特性，不是所有的命令都按相继的顺序被处理。保留对于相同的地址空间的命令的顺序的一种方式是检查使用相同地址空间的命令是否已经正被处理并且管理该命令的分派(dispatch)。例如，如果检测到重叠，则可以通过停止、优先(prioritize)、重新排序、修改或其组合来管理该命令。
一种类型的传统的重叠检测处理可以检查对于相同地址空间的现有操作。处理此问题的最常用的方式是保持具有未完成的操作的逻辑地址的列表，并且针对此列表检查新操作何时入队。
另一种类型的传统的重叠检测处理可以通过创建一个表、然后在未完成的写命令经过数据贮存系统时输入以及从表移除条目来进行，该表保存在任意时间的未完成的写命令的最大数量。传统的重叠检测处理在以软件实现时可能是慢的。以硬件进行传统的重叠检测处理可以通过以表可以支持的条目数量的灵活性作为交换而提供改善的输入-输出性能，并且在SSD管线(pipeline)情况下，可以进行传统的重叠检测。
但是，甚至在硬件中，传统的检测引擎在高队列深度的情况下也花费可观的时间量。每个新命令的地址范围必须与所有其他未完成的命令的地址范围比较以检查重叠。陈旧标志重叠检测处理可以提供具有以软件运行的灵活性而以硬件速度检测重叠的机制。
现在参考图4，其中示出了逻辑到物理表的示例。数据贮存系统可以使用已经利用陈旧标志改进的逻辑到物理表进行陈旧标志重叠检测。
可以使用直接访问表进行陈旧标志重叠检测，其中系统中的每个逻辑页地址映射到该表中的唯一存储器页位置。这样的映射表提供了对现有条目的快速单个访问检测。逻辑到物理表可以提供对于100％的逻辑页的映射。
具有对于每个可能的逻辑地址的单个条目的映射表对于高容量驱动器将消耗大量的存储器。但是，数据贮存系统的逻辑到物理表包含对于每个单个逻辑地址的条目以将逻辑地址空间映射到物理地址空间。因为不是逻辑到物理表中的所有位都需要寻址整个物理地址空间，所以可以向逻辑到物理表添加另外的字段以提供陈旧标志。
逻辑到物理表可以驻留在随机存取存储器中，诸如在双数据速率RAM(DDR)中，以提供对映射信息的快速访问。随机存取存储器的大小必须足够映射逻辑到物理表。逻辑到物理表可能需要尺寸为数据贮存系统的逻辑地址空间的近似1％的本地贮存存储器，以用于逻辑到物理表。例如，100GB的SSD需要100MB的RAM以容纳逻辑到物理表。
可以按各种方式贮存和检索逻辑到物理表。逻辑到物理表可以贮存在非易失性存储器中并且在需要时被检索。在另一示例中，逻辑到物理表可以贮存在其他非易失性贮存介质中，诸如磁阻RAM、铁电RAM或其组合中。逻辑到物理表是可以以随机存取的方式被访问的线性地址空间。
数据贮存系统可以在通电时通过从包括日志文件、超级块和物理块的冗余贮存区恢复逻辑到物理信息来重建逻辑到物理表。当数据贮存系统已经完成重建逻辑到物理表时，可以产生逻辑到物理表就绪信号以传达逻辑到物理表的状态。另外，可以在通电时复位所有的陈旧标志。
逻辑到物理表的部分可以贮存在非易失性存储器单元中以提供数据完整性和恢复。例如，可以使用日志文件恢复逻辑到物理表的部分。在另一示例中，逻辑到物理表的部分可以贮存在超级块的页脚(footer)中，并且逻辑地址也可以贮存在物理页中，逻辑到物理表冗余地贮存在数据贮存系统内。
已经发现向逻辑到物理表中的每个表条目添加陈旧标志字段可以增加数据转移性能。使用陈旧标志来指示表中的物理地址条目在处理中并且还没有被写到快闪(即使其对主机已经完成)可以允许同时进行多个操作。因为陈旧标志指示数据地址不再准确但是新数据在进行中，所以可以利用单个存储器读取检测重叠状况。
已经发现陈旧标志可以被添加到逻辑到物理表以用最小的开销而增加数据转移性能。逻辑到物理表可以包括另外的未使用的存储器空间，使得陈旧标志可以通过将每个地址与陈旧标志相关联来提供完整的覆盖而不用另外的表。
现在参考图5，其中示出了写处理的第一示例。写处理可以向逻辑页之一写入。
写处理中的第一步骤是针对陈旧标志的任何正面地设置的(positively set)值而检查写命令的所有物理地址的逻辑到物理表。如果没有设置陈旧标志，则逻辑到物理表可以设置当前条目的陈旧标志部分，并且释放要处理的命令。如果已经设置了陈旧标志，则数据贮存系统可以进行写合并操作以整合未完成的写操作。
现在参考图6，其中示出了写处理的第二示例。写处理可以更新逻辑到物理表的陈旧标志。
当写命令完成时，可以用新的物理地址更新逻辑到物理表。当地址被更新时，可以同时清除陈旧标志。以铺盖(blanket)方式清除陈旧标志使得在给定时间可以仅存在一个版本的进行中的写数据。能够使得陈旧标志成为计数以应对多个版本，但是基于陈旧标志可用的位数量，总是存在上限。尽管描述了单个位实现方式，但是可以理解，多个位实现方式对于增加允许的进行中的版本的数量也将是有效的。
命令队列可以缓冲多个写命令。例如，数据贮存系统通常可以缓冲32到300个写命令。但是，可以理解，数据贮存系统可以配置为容纳经历(subject to)对于命令序列可用的物理存储器量的任意数量的写命令。缓冲的写命令的数量可以基于当电力故障发生时能够存储的数据的量。缓冲的写命令的数量可以基于对于电力故障操作可用的电容性电力(capacitive power)的量。
现在参考图7，其中示出了读取处理的示例。读取处理可以在重叠情况下读取逻辑页。
当处理读取命令时，读取命令必须访问逻辑到物理表以标识其应该访问哪个存储器以对该读取进行服务。因为陈旧标志是该表的一部分，所以对于读取命令不需要另外的读取来检测重叠。
如果看到读取命令并且设置了陈旧标志，则存在一些选择用于数据贮存系统来继续。1)驱动器跳过该特定读取直到表中的标志被写入清除，这仅在保证写入足够快地被处理以允许完成读取而不破坏任何等待时间要求的情况下才是合理的。2)读取命令对陈旧标志的检测可以触发陈旧的写入被优先对待使得陈旧标志将在短期内被清除。3)可以通过返回对于相同地址空间的进行中的写数据来对读取命令进行服务。
当大块写入在进行中并且驱动器必须更新在该范围内的每个逻辑页的陈旧标志时，利用陈旧标志保护数据可能承受性能损失。为了降低大范围更新所有陈旧标志的影响，可以实施二进制混合方法，其中驱动器在对于大块访问使用传统的重叠检测与当在处理小块时使用基于逻辑到物理表的陈旧标志重叠检测之间切换。
数据贮存系统还可以包括用于映射陈旧标志信息的单独的表，诸如陈旧表。陈旧表可以是高度压缩的。单独的表可以编码整个逻辑地址空间用于映射到逻辑到物理表中。单独的表可以通过将多个陈旧标志映射到单个存储器字中而提供压缩。
这意味着对于较大的转移大小、每个主机请求多个逻辑页、单独的表方法可以减少存储器访问。其还保留在主处理中的重叠检测的恒定成本。单独的表处理在非常高的队列深度的情况下是有益的。因此，具有用于陈旧标志的单独的表是对于重叠检测的可行的变型。
陈旧标志信息可以是具有在大量的条目上分散的一些值的备用数据。例如，对于具有两千万个逻辑页的驱动器，可以具有近似100个陈旧页。
已经发现使用利用陈旧标志而改进的逻辑到物理表提供了对于陈旧标志重叠检测的有效处理。在逻辑到物理制表系统中分配陈旧标志可以在单个查找操作中迅速地检测重叠。
因为陈旧标志与逻辑到物理条目协同定位，所以多个存储器访问可以减少并且不需要另外的存储器来支持本发明。使用陈旧标志增加了有效和无效/陈旧数据的可见性。
在示意性示例中，陈旧标志可以被协同定位在跟踪逻辑到物理表的单独的表中。该单独的表可以被放置在与逻辑到物理表不同的存储器位置中，并且通过使用单个位来表示每个逻辑页而被压缩以使用更少的存储器。
该单独的表可以使用压缩的位字段以提供在大的读取和写入时检查位的有效方式。如果设置了陈旧标志，则通过再循环操作(pass over recycling operation)可能是冗余的。例如，可以使用符号检查或者非零状态检查来提高性能并且降低计算周期。
陈旧标志也可以被贮存在多级独立陈旧标志表中，其中最高级将驱动器的逻辑空间划分为不同的层级。例如，最高级可以包括100段(pieces)或分区(partitions)。
每个多级表中的条目可以指向另一表，该另一表还细分该逻辑空间为不同的分级。最终的分级表可以包括对于每个单独的逻辑页的陈旧标志位置。
已经发现使用分级的多级表来编码对于每个单独的逻辑页的陈旧标志可以通过减少整体的数据足迹而提高性能。每个表仅在其在其表的范围内包括陈旧标志时才可以驻留在随机存取存储器中。如果表不在存储器中，则可以确定其不是陈旧的。
因为陈旧标志被稀疏地分布，所以整体数据要求被最小化，并且相关的表可以被保存在更快的存储器中，诸如SRAM中。因为对于表的每级仅需要一个读取来检测重叠，所以增加了陈旧标志重叠检测性能。如果新的表部分不存在，添加新的陈旧标志需要创建新的表部分，并且在最低级的表中标记该陈旧标志。
在用于再循环存储器的垃圾收集操作期间，垃圾收集处理可以使用陈旧标志来提高性能。如果设置了陈旧标志，则垃圾收集处理可以跳过对于一些存储器页的再循环的写步骤。例如，如果设置了陈旧标志，则不需要进行再循环读取操作，因为不需要移除旧的数据。如果没有设置陈旧标志，则再循环读取可以读取逻辑块并且在新位置中写入逻辑块。
合并多个写入操作可以减少写入放大。因为可以整合来自几个计划的写入命令以及去往相同位置的新数据写入命令的数据，所以整体上存在更少的写入操作。
已经发现使陈旧标志直接与逻辑到物理表相关联可以减少驱动访问操作的数量。陈旧标志重叠检测所需的操作的数量是以相对于队列深度的一的量级(O(1))，其中传统的算法是以相对于队列深度的N的量级(O(N))。
数据贮存系统包括用于陈旧标志重叠检测的多个功能。功能之一调度命令队列中的命令的执行。另一功能组检测共享逻辑地址目标的写命令。另一功能可以基于逻辑到物理表的陈旧标志而读取逻辑块。
上述的功能提供了在针对具体应用或目的而不同的、数据贮存系统的元件中实现的处理。例如，处理可以用具有更多能力的组件或者非易失性存储器设备形成数据贮存系统，并且用具有更少能力的组件形成另一组驱动器。上述的特征可以建立可以使用预定宽度范围的组件和系统特性的数据贮存系统以帮助提高性能和操作完整性。
数据贮存系统可以基于数据贮存系统的操作能力重新配置和再循环存储器元件，诸如擦除块。存储器元件被连续地再分组、再循环、重组为获得数据贮存系统的性能、耐用性和可靠性的布置。换句话说，存储器元件在运行时间操作期间正被使用时并不全部被一致地对待或确定。
可以使用模块实现如上所述的数据贮存系统的控制器的功能或操作。控制器的功能或操作可以以硬件、软件或其组合而实现。可以使用控制单元、只读存储器单元、随机存取存储器单元、存储器接口单元、主机接口单元、ECC单元或其组合实现各模块。
作为例子以模块功能或顺序描述了数据贮存系统。模块可以被不同地划分。每个模块可以单独地并且独立于其他模块而操作。
此外，在一个模块中产生的数据可以由蓝牙模块使用而不用彼此直接耦合。更进一步，模块可以被实现为控制单元内的硬件加速器(未示出)，或者可以被实现为控制器中或控制器外部的硬件加速器。控制器可以耦合到存储器阵列和主机。控制单元可以耦合到主机接口、存储器接口、ECC单元、只读存储器和随机存取存储器。
确定数据贮存系统的存储器块中的数据位的配置的物理变换得到实体世界中的移动，诸如人们基于陈旧标志和逻辑到物理表的操作而使用数据贮存系统。在真实世界中的移动发生时，移动本身创建了另外的信息，该另外的信息被转换回以分配用户数据。在数据贮存系统的运行时间操作期间使用被更新的用户数据可以继续真实世界中的移动。例如，数据贮存系统可以在两个不同的主机之间物理地移动以将在该数据贮存系统中编码的数据位从一个系统转移到另一系统。
现在参考图8，其中示出了在本发明的进一步的实施例中的图1的数据贮存系统的操作的方法的流程图。该方法包括：将对于存储器块的逻辑地址的写命令贮存在块中；基于块中的写命令检测重叠；以及基于块中的重叠更新逻辑到物理表中的陈旧标志。
因此，已经发现本发明的数据贮存系统提供了对于具有陈旧数据机制的数据贮存系统的重要的并且目前为止未知的并且不可用的方案、能力和功能方面。得到的方法、处理、装置、设备、产品和/或系统是直接的、成本高效的、不复杂的、高度通用的、准确的、灵敏的且高效的，并且可以通过采用用于容易、有效且经济的制造、应用和利用的已知组件来实现。
本发明的另一重要方面是其有价值地支持并且服务于降低成本、简化系统以及提高性能的历史趋势。
本发明的这些和其他有价值的方面因而使技术状态前进到至少下一级。
将理解，尽管在此可能使用了术语“第一”、“第二”等来描述各种元素，这些元件不应被这些术语限制。这些术语仅用于将元素彼此区分。例如，第一名可以被称作第二命令，并且类似地，第二命令可以称为第一命令，而不改变描述的含义，只要所有出现的“第一命令”一致地重新命名并且所有出现的“第二命令”被一致地重新命名。第一命令和第二命令都是命令，但是它们不是相同的命令。
在此使用的术语是仅仅为了描述具体实施例的目的并且不意图限制权利要求。如在实施例的描述和所附权利要求书中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”意图也包括复数形式，除非上下文清楚表明不是这样。还将理解，在此使用的术语“和/或”指代并且包含相关联的列出的条目的一个或多个的任意及所有可能的组合。还将理解，术语“包括”和/或“包含”当在此说明书中使用时指定所述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组的存在或添加。
如在此使用的，取决于上下文，术语“如果”可以理解为意味着“当在先所述的条件是真时”、“在在先所述的条件是真时”或者“响应于确定在先所述的条件是真”或者“根据在先所述的条件是真的确定”或者“响应于检测到在先所述的条件是真”。类似地，取决于上下文，短语“如果确定[在先所述的条件是真]”或者“如果[在先所述的条件是真]”或者“当[在先所述的条件是真]时”可以理解为意味着“在确定在先所述的条件是真时”或者“响应于确定在先所述的条件是真”或者“根据在先所述的条件是真的确定”或者“在检测到在先所述的条件是真时”或者“响应于检测到在先所述的条件是真”。
为了解释的目的已经参考具体实施例描述了以上描述。但是，以上示意性的讨论不意图是穷尽的或者将权利要求限制到所公开的精确形式。考虑到以上教导，许多修改和变型是可能的。选择和描述这些实施例以便最佳地解释操作原理和实际应用，由此使本领域其他技术人员能够实现。

Claims (25)

1.一种数据贮存系统的操作的方法，包括：
接收指定要写入到的逻辑地址的写入命令；
确定是否设置了与该逻辑地址对应的陈旧标志，其中该陈旧标志是与该逻辑地址相关联的参数，该参数指示存储器中的数据是否是对于该逻辑地址的最新数据；
根据没有设置陈旧标志的确定，设置陈旧标志并且释放要处理的写入命令；
根据设置了陈旧标志的确定，检测重叠，其中该重叠指示两个或更多未完成的写入命令正在相同的存储器空间上操作，
接收指定从其读取的第二逻辑地址的读取命令；
确定是否设置了与该第二逻辑地址对应的第二陈旧标志；
根据没有设置第二陈旧标志的确定，进行该读取命令，其中进行该读取命令包括从与该第二逻辑地址对应的物理地址读取数据，其中使用逻辑到物理表确定该物理地址；以及
根据设置了第二陈旧标志的确定，跳过该读取命令的进行直到没有设置第二陈旧标志。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
响应于检测到重叠，进行写入合并操作，其中所述写入合并操作整合对于该逻辑地址的两个或更多未完成的写入命令。
3.如权利要求1所述的方法，还包括：
完成写入命令的处理；以及
更新陈旧标志。
4.如权利要求3所述的方法，其中更新陈旧标志包括清除陈旧标志。
5.如权利要求3所述的方法，其中所述陈旧标志是与各个逻辑地址相关联的未完成的写入命令的数量的计数，并且更新陈旧标志包括将该计数递减。
6.如权利要求1所述的方法，还包括：
根据设置了第二陈旧标志的确定，使陈旧写入优先，其中陈旧写入的完成清除该第二陈旧标志。
7.如权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中多个逻辑地址的每个逻辑地址具有相应的陈旧标志，并且每个陈旧标志被贮存在用于将逻辑地址映射到物理地址的逻辑到物理表中。
8.如权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中多个逻辑地址的每个逻辑地址具有相应的陈旧标志，并且每个陈旧标志被贮存在与用于将逻辑地址映射到物理地址的逻辑到物理表分开的表中。
9.一种数据贮存系统的操作的方法，包括：
接收指定要写入到的逻辑地址的写入命令；
确定是否设置了与该逻辑地址对应的陈旧标志，其中该陈旧标志是与该逻辑地址相关联的参数，该参数指示存储器中的数据是否是对于该逻辑地址的最新数据；
根据没有设置陈旧标志的确定，设置陈旧标志并且释放要处理的写入命令；
根据设置了陈旧标志的确定，检测重叠，其中该重叠指示两个或更多未完成的写入命令正在相同的存储器空间上操作；
接收指定从其读取的第二逻辑地址的读取命令；
确定是否设置了与该第二逻辑地址对应的第二陈旧标志；
根据没有设置第二陈旧标志的确定，进行该读取命令，其中进行该读取命令包括从与该第二逻辑地址对应的物理地址读取数据，其中使用逻辑到物理表确定该物理地址；以及
根据设置了第二陈旧标志的确定，通过从对于该第二逻辑地址的进行中的写入数据读取数据来为该读取命令服务。
10.如权利要求9所述的方法，还包括：
响应于检测到重叠，进行写入合并操作，其中所述写入合并操作整合对于该逻辑地址的两个或更多未完成的写入命令。
11.如权利要求9所述的方法，还包括：
完成写入命令的处理；以及
更新陈旧标志。
12.如权利要求11所述的方法，其中更新陈旧标志包括清除陈旧标志。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述陈旧标志是与各个逻辑地址相关联的未完成的写入命令的数量的计数，并且更新陈旧标志包括将该计数递减。
14.如权利要求9所述的方法，还包括：
根据设置了第二陈旧标志的确定，使陈旧写入优先，其中陈旧写入的完成清除该第二陈旧标志。
15.如权利要求9-13中任意一项所述的方法，其中多个逻辑地址的每个逻辑地址具有相应的陈旧标志，并且每个陈旧标志被贮存在用于将逻辑地址映射到物理地址的逻辑到物理表中。
16.如权利要求9-13中任意一项所述的方法，其中多个逻辑地址的每个逻辑地址具有相应的陈旧标志，并且每个陈旧标志被贮存在与用于将逻辑地址映射到物理地址的逻辑到物理表分开的表中。
17.一种数据贮存系统，包括：
一个或多个处理器；以及
存储器，贮存要由该一个或多个处理器执行的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于进行以下步骤的指令：
接收指定要写入到的逻辑地址的写入命令；
确定是否设置了与该逻辑地址对应的陈旧标志，其中该陈旧标志是与该逻辑地址相关联的参数，该参数指示存储器中的数据是否是对于该逻辑地址的最新数据；
根据没有设置陈旧标志的确定，设置陈旧标志并且释放要处理的写入命令；
根据设置了陈旧标志的确定，检测重叠，其中该重叠指示两个或更多未完成的写入命令正在相同的存储器空间上操作；
接收指定从其读取的第二逻辑地址的读取命令；
确定是否设置了与该第二逻辑地址对应的第二陈旧标志；
根据没有设置第二陈旧标志的确定，进行该读取命令，其中进行该读取命令包括从与该第二逻辑地址对应的物理地址读取数据，其中使用逻辑到物理表确定该物理地址；以及
根据设置了第二陈旧标志的确定，跳过该读取命令的进行直到没有设置第二陈旧标志。
18.如权利要求17所述的数据贮存系统，其中所述一个或多个程序还包括用于进行以下步骤的指令：
响应于检测到重叠，进行写入合并操作，其中所述写入合并操作整合对于该逻辑地址的两个或更多未完成的写入命令。
19.如权利要求17-18的任意一项所述的数据贮存系统，其中所述一个或多个程序还包括用于进行以下步骤的指令：
完成写入命令的处理；以及
更新陈旧标志。
20.如权利要求17所述的数据贮存系统，其中所述一个或多个程序还包括用于进行以下步骤的指令：
根据设置了第二陈旧标志的确定，使陈旧写入优先，其中陈旧写入的完成清除该第二陈旧标志。
21.一种数据贮存系统，包括：
一个或多个处理器；以及
存储器，贮存要由该一个或多个处理器执行的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于进行以下步骤的指令：
接收指定要写入到的逻辑地址的写入命令；
确定是否设置了与该逻辑地址对应的陈旧标志，其中该陈旧标志是与该逻辑地址相关联的参数，该参数指示存储器中的数据是否是对于该逻辑地址的最新数据；
根据没有设置陈旧标志的确定，设置陈旧标志并且释放要处理的写入命令；
根据设置了陈旧标志的确定，检测重叠，其中该重叠指示两个或更多未完成的写入命令正在相同的存储器空间上操作；
接收指定从其读取的第二逻辑地址的读取命令；
确定是否设置了与该第二逻辑地址对应的第二陈旧标志；
根据没有设置第二陈旧标志的确定，进行该读取命令，其中进行该读取命令包括从与该第二逻辑地址对应的物理地址读取数据，其中使用逻辑到物理表确定该物理地址；以及
根据设置了第二陈旧标志的确定，通过从对于该第二逻辑地址的进行中的写入数据读取数据来为该读取命令服务。
22.一种数据贮存系统，包括：
用于接收指定要写入到的逻辑地址的写入命令的部件；
用于确定是否设置了与该逻辑地址对应的陈旧标志的部件，其中该陈旧标志是与该逻辑地址相关联的参数，该参数指示存储器中的数据是否是对于该逻辑地址的最新数据；
用于根据没有设置陈旧标志的确定而设置陈旧标志并且释放要处理的写入命令的部件；
用于根据设置了陈旧标志的确定而检测重叠的部件，其中该重叠指示两个或更多未完成的写入命令正在相同的存储器空间上操作；
用于接收指定从其读取的第二逻辑地址的读取命令的部件；
用于确定是否设置了与该第二逻辑地址对应的第二陈旧标志的部件；
用于根据没有设置第二陈旧标志的确定而进行该读取命令的部件，其中进行该读取命令包括从与该第二逻辑地址对应的物理地址读取数据，其中使用逻辑到物理表确定该物理地址；以及
用于根据设置了第二陈旧标志的确定而跳过该读取命令的进行直到没有设置第二陈旧标志的部件。
23.如权利要求22所述的数据贮存系统，还包括：
用于响应于检测到重叠进行写入合并操作的部件，其中所述写入合并操作整合对于该逻辑地址的两个或更多未完成的写入命令。
24.如权利要求22-23的任意一项所述的数据贮存系统，还包括用于完成写入命令的处理以及更新陈旧标志的部件。
25.一种数据贮存系统，包括：
用于接收指定要写入到的逻辑地址的写入命令的部件；
用于确定是否设置了与该逻辑地址对应的陈旧标志的部件，其中该陈旧标志是与该逻辑地址相关联的参数，该参数指示存储器中的数据是否是对于该逻辑地址的最新数据；
用于根据没有设置陈旧标志的确定而设置陈旧标志并且释放要处理的写入命令的部件；
用于根据设置了陈旧标志的确定而检测重叠的部件，其中该重叠指示两个或更多未完成的写入命令正在相同的存储器空间上操作；
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用于根据没有设置第二陈旧标志的确定，进行该读取命令的部件，其中进行该读取命令包括从与该第二逻辑地址对应的物理地址读取数据，其中使用逻辑到物理表确定该物理地址；以及
用于根据设置了第二陈旧标志的确定，通过从对于该第二逻辑地址的进行中的写入数据读取数据来为该读取命令服务的部件。
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