CN105739923A - 一种可配置的数据管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可配置的数据管理方法，通过对某一级存储器中的数据在一段时间内的访问方式和次数进行统计，根据不同客户应用对数据读写优先级的不同需求，将特定数据可配置的从该级别存储器中保留或移除。本发明的技术方案提高了混合存储器的整体性能，并满足了不同客户对数据读写优先级的不同需求。

Description

一种可配置的数据管理方法

技术领域

本发明属于计算机领域，涉及一种存储器的数据管理方法，尤其涉及一种基于混合固态存储器的可配置的数据管理方法。

背景技术

如图1所示，以NAND(NotAnd(electroniclogicgate))闪存做存储介质混合而成的NAND混合存储器，包括第一级单层单元型NAND芯片(SLC)，第二级为双层单元型NAND芯片(MLC)，第三级为三层单元型NAND芯片(TLC)，依次类推，最后一级3D-NAND型芯片，这几种类型的芯片由存储逻辑控制器控制对其进行读写操作以及执行一些特定算法，比如数据管理，磨损均衡等。这几种类型的存储器优缺点如下表格1所示：

表格1

	读写速度	擦写次数	容量	成本
					SLC	最快	最多	最小	最高
MLC	快	多	小	高
					TLC	慢	少	大	低
3D-NAND	最慢	最少	最大	最低

由表格1可知，在NAND混合存储器中，按照芯片类型的顺序SLC、MLC、TLC、3D-NAND，读写速度越来越慢，擦写的次数也越来越少，而容量则是越来越大，成本也越来越低，这是为了使这些不同类型的芯片构成的NAND混合存储器芯片的性能和寿命达到最优。在使用时通常把那些用户最频繁读或者写的数据保存在读写速度快且可擦写次数高的单层单元型NAND芯片中，相反把用户最不经常读或者写的数据保存在读写速度慢且可擦写次数低的后一级的芯片中。

如图2所示，另一种混合存储器由新型存储器芯片和NAND存储器芯片组成，其中新型存储器芯片可以是相变存储器(PCM)、磁性随机存储器(MRAM)、阻变式存储器(RRAM)、铁电存储器(FeRAM)等，最后一级的NAND存储器芯片可以是图1中的任意一种或者多种类型的NAND芯片。图2中每一级芯片都由存储逻辑控制器控制对其进行读写操作以及执行一些特定算法，比如数据管理，磨损均衡等。各级存储芯片的优缺点如下表格2所示：

表格2

由表格2可知，在新型混合存储器中按照新型存储器芯片，NAND存储器芯片的顺序读写速度越来越慢，擦写的次数也越来越少，成本也越来越低，这是为了使这些不同类型的芯片构成的NAND混合存储器芯片的性能和寿命达到最优。在使用时通常把那些用户最频繁读或者写的数据保存在读写速度快且可擦写次数高的新型存储器芯片中，相反把用户最不经常读或者写的数据保存在读写速度慢且可擦写次数低的后一级的芯片中。这样的混合存储器利用各自的优点比如读写速度快，容量大，擦写次数高，满足存储系统对大容量，高性能的要求。

因为在NAND混合存储器中的单层单元型NAND芯片或新型混合存储器中的新型存储器芯片具有很快的读写速度，所以通常会用单层单元型NAND芯片或新型存储器芯片存储被系统频繁读写的数据。然而,单层单元型NAND芯片的高成本导致其不会在NAND混合存储器中占很大的容量。如果系统需要频繁读写的数据容量很大，超过了单层单元型NAND存储器的容量，那就不得不将一些系统频繁读写的数据存储到其他性能较低的存储器中。因此，如何在混合存储器中管理数据在不同存储器中的存储方法是本领域的技术人员致力研究的重要课题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种可配置的数据管理方法。

为达到上述目的，具体技术方案如下：

一种可配置的数据管理方法，适用于混合存储器中，所述混合存储器中包括第0级到第N-1级存储芯片(1<N)，第0级到第N-1级存储器芯片的数据读或写的性能逐渐下降、可擦写寿命逐渐降低，所述方法包括：统计第k级存储芯片(0≤k<N-1)中的数据在一段时间内的被读和写的次数，并按照用户配置，如果对擦写次数保护或者写性能要求高，将最频繁被写的若干数据保留存储在第k级存储芯片中，而将相比之下其余最不频繁被写的若干数据迁移到第m级存储芯片中(k<m≤N-1)；如果对读性能要求高，将最频繁被读的若干数据保留在第k级存储芯片中，而将相比之下最不频繁被读的若干数据迁移到第m级存储芯片中，其中，N、k、m均为自然数。

优选的，所述方法中被写的次数包括连续写和/或随机写的次数。

优选的，所述方法中被读的次数包括连续读和/或随机读的次数。

优选的，所述存储芯片为单层单元型NAND芯片、双层单元型NAND芯片、三层单元型NAND芯片或3D-NAND型芯片。

优选的，所述存储芯片为相变存储器、磁性随机存储器、阻变式存储器或铁电存储器。

相对于现有技术，本发明的技术方案通过对某一级存储器中的数据在一段时间内的访问方式和次数进行统计，根据不同客户应用对数据读写优先级的不同需求，从而将特定数据可配置的从该级别存储器中保留或移除，提高了混合固态存储器的整体性能。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有NAND混合存储器的结构示意图；

图2为现有新型混合存储器的结构示意图；

图3为本发明的实施例的混合存储器的结构示意图；

图4为本发明多级存储芯片存储数据的记录方式图；

图5为本发明的实施例应用于NAND混合存储器的示意图；

图6为本发明的实施例应用于新型混合存储器的示意图。

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做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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下将结合附图对本发明的实施例做具体阐释。

如图3所示，一种基于混合存储器，优先为混合固态存储器的可配置的数据管理方法，假设该混合固态存储器中有N级不同类型的存储芯片：从第0级到第N-1级。存储芯片的读写性能和可擦写寿命是逐渐下降的，也就是说第一级的读写性能最优，可擦写次数最多，第N-1级的读写性能最差，可擦写次数最少。不同类型的存储芯片可以是NAND型闪存芯片，比如单层单元型NAND芯片(SLC)、双层单元型NAND芯片(MLC)、三层单元型NAND芯片(TLC)或者3D-NAND型芯片等；也可以是新型存储器芯片，例如相变存储器(PCM)、磁性随机存储器(MRAM)、阻变式存储器(RRAM)、铁电存储器(FeRAM)等。

在本发明的实施例的方法中，首先，本发明将混合存储器中第k(0≤k<N-1)级存储芯片中的数据在一段时间内的访问方式和次数进行统计，例如按照对数据的随机写、随机读、连续写和连续读等不同操作方式进行记录，记录的方式可如图4所示。

在图4中，数据0到数据N是混合存储器第k级存储芯片中存储的数据，在一段时间范围内，系统对数据0到数据N的随机写的次数统计为RW_0到RW_n，系统对数据0到数据N的连续写的次数统计为BW_0到BW_n，系统对数据0到数据N的随机读的次数统计为RR_0到RR_n，系统对数据0到数据N的连续读的次数统计为BR_0到BR_n。

当混合固态存储器中第k级存储芯片容量已满，那么就必须选择将一部分数据从所述第k级存储芯片中替换出来。

根据不同用户的不同需求本发明可配置的数据管理方法如下：如果客户应用对混合存储器的擦写次数保护的要求高或者说对混合存储器的写性能要求比较高，那么系统就依据图4中统计结果，并按照数据的随机写或连续写次数进行降序排序，将最频繁的被随机写或连续写的若干数据保留存储在第k级存储芯片中，而将相比之下其余最不频繁被随机写或连续写的数据迁移到第m(k<m≤N-1)级存储芯片中。由于第k级存储芯片的可擦写寿命和写性能优于第m级存储芯片，因此将最频繁被连续写或随机写的数据保留在擦写寿命和写性能高的第k级存储芯片中，而将相比之下最不频繁被随机写或连续写的数据转移到擦写寿命和写性能较差的第m级存储芯片，避免了系统对第m级存储芯片的大量写操作，满足了客户应用对混合固态存储器的擦写次数保护和写性能的要求，延长了整个混合固态存储器的寿命。

如果客户应用对混合固态存储器的读性能要求较高，那么系统就依据图4中统计结果，并按照数据的连续读或随机读次数进行降序排序，将最频繁被随机读或连续读的数据保留在第k级存储芯片中，而将相比之下最不频繁被随机读或连续读的数据迁移到第m(k<m≤N-1)级存储芯片中。由于第k级存储芯片的读性能优于第m级存储芯片，因此将最频繁被连续读或随机读的数据保留在读性能高的第k级存储芯片中，而将相比之下最不频繁被随机读或连续读的数据转移到读性能较差的第m级存储芯片，避免了系统对第m级存储芯片的大量读操作，满足了客户应用对混合固态存储器的读性能要求，提高了混合固态存储器的整体读性能。

为了便于说明本发明的实施例的应用举例说明如下。

如图5所示，在本发明的实施例中，假设NAND混合存储器中有4种类型的芯片，包括单层单元型芯片和双层单元型芯片。在单层单元型芯片中存有数据0、数据1、数据2、数据3和数据4。现有一用户想优先提高NAND混合存储器的使用寿命，按照本发明提出的一种混合固态存储器可配置的数据管理方法，假设系统记录单层单元型芯片中数据随机读、随机写、连续读、连续写的情况如表格3所示。

表格3

根据表格3可知，在单层单元型芯片中数据0和数据1随机写、连续写的次数最高。当单层单元型芯片中数据存满时，系统把单层单元型芯片中擦写次数最高的数据0和数据1仍保留在单层单元型芯片中，把擦写次数较低的数据2、数据3和数据4从单层单元型芯片中移除，保存到双层单元型芯片中，同时把双层单元型芯片中最频繁写的数据P转存到单层单元型芯片中。

如图6所示，在本发明的另一实施例中，假设新型混合存储器中新型存储器芯片存有数据5、数据6、数据7、数据8和数据9。现有一用户想优先考虑新型混合存储器的读速度，按照本发明提出的一种基于混合固态存储器可配置的数据管理方法，假设系统记录新型存储器芯片中数据随机读、随机写、连续读、连续写的情况如表格4所示。

表格4

根据表格4可知，在新型存储器芯片中数据8和数据9随机读、连续读的的次数最高。当新型存储器芯片中数据存满时，系统把新型存储器芯片中读次数最高的数据8和数据9仍保留在新型存储器芯片中，把读次数较低的数据5、数据6和数据7从新型存储器芯片中移除，保存到NAND存储器芯片中，同时把NAND存储器芯片中最频繁读的数据Z转存到新型存储器芯片中。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (5)

1.一种可配置的数据管理方法，适用于混合存储器中，所述混合存储器中包括第0级到第N-1级存储芯片(1<N)，第0级到第N-1级存储器芯片的数据读或写的性能逐渐下降，可擦写寿命逐渐降低，其特征在于，所述方法包括：统计第k级存储芯片(0≤k<N-1)中的数据在一段时间内的被读和写的次数，并按照用户配置，如果对擦写次数保护或者写性能要求高，将最频繁被写的若干数据保留存储在第k级存储芯片中，而将相比之下其余最不频繁被写的若干数据迁移到第m级存储芯片中(k<m≤N-1)；如果对读性能要求高，将最频繁被读的若干数据保留在第k级存储芯片中，而将相比之下最不频繁被读的若干数据迁移到第m级存储芯片中，其中，N、k、m均为自然数。

2.根据权利要求1所述的可配置的数据管理方法，其特征在于，所述方法中被写的次数包括连续写和/或随机写的次数。

3.根据权利要求1所述的可配置的数据管理方法，其特征在于，所述方法中被读的次数包括连续读和/或随机读的次数。

4.根据权利要求1所述的可配置的数据管理方法，其特征在于，所述存储芯片为单层单元型NAND芯片、双层单元型NAND芯片、三层单元型NAND芯片或3D-NAND型芯片。

5.根据权利要求1所述的可配置的数据管理方法，其特征在于，所述存储芯片为相变存储器、磁性随机存储器、阻变式存储器或铁电存储器。