CN105930094A - 数据处理系统及其操作方法 - Google Patents

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边谕俊
李德来
崔承豪
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Abstract

一种数据处理系统包括：主机设备，适用于基于数据的属性信息来将内容标识符分配给数据；以及数据储存设备，适用于基于分配的内容标识符来执行垃圾收集操作。

Description

数据处理系统及其操作方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年2月27日提交的申请号为10-2015-0028328的韩国申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
各种实施例涉及一种数据处理系统，更具体地，涉及一种数据储存设备及其操作方法。
背景技术
数据处理系统被包括在电子设备(诸如台式计算机、手提电脑、智能电话、MP3播放器、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、数字电视、数字照相机和便携式游戏机)中以用于处理音频数据和视频数据。数据处理系统可以包括用于储存数据的数据储存设备。
数据储存设备可以包括非易失性存储器件，在非易失性存储器件中即使失去电源也可以保持储存的数据。非易失性存储器件可以包括快闪存储器(诸如“与非”(NAND)快闪存储器或“或非”(NOR)快闪存储器)、铁电随机存取存储器(FeRAM)、相变随机存取存储器(PCRAM)、磁阻随机存取存储器(MRAM)或电阻随机存取存储器(ReRAM)等。
发明内容
在本发明的实施例中，一种数据处理系统可以包括：主机设备，主机设备适用于基于数据的属性信息来将内容标识符分配给数据；以及数据储存设备，数据储存设备适用于基于分配的内容标识符来执行垃圾收集操作。
在本发明的实施例中，一种数据处理系统包括：主机设备，主机设备适用于对数据的属性信息分类以选择多个内容标识符中的一个；以及数据储存设备，数据储存设备适用于基于选中的内容标识符来选择要储存该数据的存储区域。
在本发明的实施例中，一种数据处理系统的操作方法可以包括：基于数据的属性信息来将内容标识符分配给数据；以及储存该数据以处理写入请求；以及基于分配的内容标识符来执行垃圾收集操作。
附图说明
结合附图来描述特征、方面和实施例，在附图中：
图1是图示根据本发明的实施例的数据处理系统的框图；
图2是图1中示出的数据储存设备的详细示图；
图3A和图3B是示例性地示出与内容标识符相对应的存储块的表格；
图4至图6是用于描述图1中示出的数据储存设备的操作的插图；
图7是用于描述图1中示出的主机设备的操作的流程图；以及
图8是用于描述图1中示出的数据储存设备的操作的流程图。
具体实施方式
在下文中，将通过本发明的示例性实施例来参照附图描述根据本发明的数据处理系统及其操作方法。然而，本发明可以以不同的形式来实现并且不应当被解释为局限于本文中所阐述的实施例。更确切地说，提供这些实施例来详细描述本发明，达到本发明所属领域技术人员能够实施本发明的技术构思的程度。
需要理解的是，本发明的实施例不局限于附图中示出的细节，附图不一定按比例，且在一些情况下，比例可以被夸大以更清楚地描绘本发明的特定特征。当使用特定术语时，需要认识到的是，术语仅用于描述特定实施例，而非意在限制本发明的范围。
图1是图示根据本发明的实施例的数据处理系统10的框图。
数据处理系统10可以包括主机设备100和数据储存设备200。
主机设备100可以包括应用单元110、文件系统120、分区管理器130和标识符发生器140。
应用单元110可以是在操作系统上执行的软件，并且可以被设计为执行特定任务(例如，文档工作或图像再现等)。应用单元110在执行分配的任务时可以产生、改变或删除数据储存设备200中的文件。为了产生、改变或删除文件，应用单元110可以将命令传送至文件系统120。
文件系统120可以管理在数据处理系统10中被处理的文件。例如，文件系统120可以响应于应用单元110的命令，通过在预定义规则下为文件设置名称和分配位置来使储存在数据储存设备200中的文件系统化。
文件系统120可以将要被储存在数据储存设备200中的文件(即，数据的属性信息)提供给标识符发生器140。例如，当特定数据被储存在数据储存设备200中时，文件系统120可以确定对应数据的属性，并将确定的属性作为属性信息提供给标识符发生器140。将由文件系统120提供的属性信息可以包括，例如有关于数据类型(诸如多媒体数据、元数据、交换数据(swap data)或日志数据等)的信息。此外，属性信息可以指示数据的各种特性(诸如数据大小和更新频率)。
分区管理器130可以管理数据储存设备200的分区信息。分区管理器130可以将要被储存在数据储存设备200中的数据的属性信息提供给标识符发生器140。例如，分区管理器130可以将有关于要储存数据的分区的信息作为属性信息提供给标识符发生器140。
基于从文件系统120和/或分区管理器130提供的数据的属性信息，标识符发生器140可以产生与数据相对应的内容标识符。标识符发生器140可以将数据的属性信息分类，并选择多个内容标识符之中的与相关数据相对应的内容标识符。例如，标识符发生器140可以通过查阅从分区管理器130提供的属性信息来为要被储存在第一驱动器中的文件产生第一内容标识符以及为要被储存在第二驱动器中的文件产生第二内容标识符。例如，标识符发生器140可以通过查阅从分区管理器130提供的属性信息来为多媒体数据产生第一内容标识符以及为元数据产生第二内容标识符。产生的内容标识符被分配给对应的数据。被分配有相同的内容标识符的数据段可以具有彼此类似的属性。
在将数据DT的写入请求WTRQ传送至数据储存设备200时，主机设备100可以通过将内容标识符CTXID添加或列入写入请求WTRQ来将分配给数据DT的内容标识符CTXID和写入请求WTRQ一起传送至数据储存设备200。
数据储存设备200可以从主机设备100接收数据DT的写入请求WTRQ和内容标识符CTXID，并基于内容标识符CTXID来储存数据。另外，为了持续地根据内容标识符CTXID来管理数据，数据储存设备200可以将内容标识符CTXID储存在非易失性存储器件220中。
具体地，数据储存设备200可以将对应的存储区域(其彼此不同)分配给要从主机设备100提供的相应的内容标识符，以及可以将请求写入的数据储存在与被提供给数据的内容标识符相对应的存储区域中。数据储存设备200还可以通过基于同样的内容标识符而将具有类似属性的数据分类并共同地储存在预定存储区域中来有效地操作区域。
具体地，具有类似属性的数据段在更新频率上通常可以是彼此类似的。更新数据伴随有在更新之前废弃数据的过程。因此，在具有彼此类似的更新频率的数据段被一起储存在预定存储区域中时，存储区域在其无效程度上可以具有大偏差。例如，在具有第一属性的数据段具有较高的更新频率时，具有第一属性的数据段被分类和储存的存储区域可以具有较高的无效程度。例如，在具有第二属性的数据段具有较低的更新频率时，具有第二属性的数据段被分类和储存的存储区域可以具有较低的无效程度。另外，这甚至可以由局部性原则(principle of locality)来支持。因此，当存储块被管理为在无效程度上具有大偏差时，数据储存设备200可以通过选择具有高无效程度的存储区域作为受害区域(victim region)来容易地选择垃圾收集操作时的受害区域。另外，由于选中受害区域具有高无效程度(即，不包括大量有效数据)，因此数据储存设备200可以节省垃圾收集操作时的有效数据复制成本。
数据储存设备200可以形成个人计算机存储卡国际协会(PCMCIA)卡、紧凑型快闪存储(CF)卡、智能媒体卡、记忆棒、多媒体卡(MMC)、嵌入式MMC(eMMC)、缩小尺寸多媒体卡(RS-MMC)和微型版MMC(微型MMC)、安全数字(SD)卡、迷你安全数字(迷你-SD)和微型安全数字(微型-SD)、通用快闪储存器(UFS)或固态驱动器(SSD)。
图2是图1中示出的数据储存设备200的详细示图。
数据储存设备200可以包括控制器210和非易失性存储器件220。
控制器210可以包括处理器211和存储器212。
处理器211可以控制数据储存设备200的全部操作。处理器211可以响应于来自主机设备100的写入请求或读取请求而通过命令来控制非易失性存储器件220的写入操作或读取操作。处理器211可以在存储器212上驱动软件程序以用于控制数据储存设备200的操作。
处理器211可以将在从主机设备100接收写入请求时提供的逻辑地址映射至非易失性存储器件220上的物理地址。处理器211可以根据分配给数据的内容标识符来确定请求写入的数据要被储存的存储区域，并将确定的存储区域的物理地址映射至从主机设备100提供的逻辑地址。处理器211可以利用映射表(mapping table)来管理被映射至逻辑地址的物理地址。
存储器212可以起到处理器211的操作存储器、处理器211的缓冲存储器或处理器211的高速缓冲存储器等的作用。
非易失性存储器件220可以包括控制逻辑211、接口单元222、地址解码器223、数据输入/输出单元224和存储单元阵列225。
控制逻辑221可以响应于从控制器210提供的命令来控制非易失性存储器件220的常规操作(诸如写入操作、读取操作和擦除操作)。
接口单元222可以将数据和各种控制信号(包括命令和地址)传送至控制器210以及从控制器210接收数据和各种控制信号(包括命令和地址)。接口单元222可以将接收到的数据和各种控制信号传输至非易失性存储器件220的内部单元。
地址解码器223可以解码传送来的行地址和列地址。地址解码器223可以根据行地址的解码结果来控制字线WL被选择性驱动。地址解码器223可以根据列地址的解码结果来控制数据输入/输出单元224选择性地驱动位线BL。
数据输入/输出单元224可以经由位线BL来将从接口单元222传送来的数据传送至存储单元阵列225。数据输入/输出单元224可以将经由位线BL从存储单元阵列225读取的数据传送至接口单元222。
存储单元阵列225可以经由字线WL电耦接至地址解码器223，以及可以经由位线BL电耦接至数据输入/输出单元224。例如，存储单元阵列225可以以三维结构来实施。存储单元阵列225可以包括分别安置在字线WL与位线BL的交点处的多个存储单元。
存储单元阵列225可以包括多个存储块BLK1至BLKm。存储块BLK1至BLKm中的每个可以包括多个页(例如，P1至Pn)。存储块可以是执行擦除操作的单位。页可以是执行写入操作或读取操作的单位。
图3A和图3B是示例性地示出与各个内容标识符CTXID1至CTXIDi相对应的存储块BLK11至BLK1i或BLK21至BLK2i的表格。
处理器211可以将要从主机设备100提供的各个内容标识符CTXID1至CTXIDi与对应的存储区域匹配。例如，处理器211可以分别将内容标识符CTXID1至CTXIDi与存储块匹配。然而，处理器211用来匹配内容标识符中的每个的存储区域单位不局限于存储块。
如图3A中所示，第一表格301示出存储块BLK11至BLK1i，处理器211将内容标识符CTXID1至CTXIDi与所述存储块BLK11至BLK1i匹配以处理主机设备100的写入请求。此外，如图3B中所示，第二表格302示出存储块BLK21至BLK2i，处理器211将内容标识符CTXID1至CTXIDi与所述存储块BLK21至BLK2i匹配以执行垃圾收集操作。
参照第一表格301，处理器211可以分别将要储存请求写入的数据的存储块BLK11至BLK1i与内容标识符CTXID1至CTXIDi匹配。分别与内容标识符CTXID1至CTXIDi相对应的存储块BLK11至BLK1i可以处于开放状态。当存储块中的一个存储块不再具有空白页时(从而是闭合的)，处理器211可以将新的空白存储块与和闭合的存储块相对应的内容标识符匹配。
参照第二表格302，处理器211可以将内容标识符CTXID1至CTXIDi分别与垃圾收集操作时有效数据向其移动的存储块BLK21至BLK2i匹配。
处理器211可以同时维持存储块BLK11至BLK1i以用于处理写入请求以及存储块BLK21至BLK2i以用于垃圾收集操作。处理器211可以维持存储块BLK11至BLK1i以用于处理写入请求，或者可以维持存储块BLK21至BLK2i以用于垃圾收集操作。
再次参照图2，处理器211可以查阅分配给请求写入的数据的内容标识符，并控制将请求写入的数据储存在与进行了查阅的查阅到的内容标识符相对应的存储块中。在执行垃圾收集操作时，处理器211可以查阅分配给受害区域的有效数据的内容标识符，并控制将有效数据储存在与进行了查阅的查阅到的内容标识符相对应的存储块中。
图4至图6是用于描述图1中示出的数据储存设备200的操作的视图。
参照图4，数据储存设备200可以准备分别与内容标识符CTXID1至CTXIDi相对应的存储块BLK11至BLK1i以处理写入请求WTRQ。数据储存设备200可以从主机设备100接收数据的写入请求WTRQ和分配给数据DT3的内容标识符CTXID2。数据储存设备200可以查阅分配给请求写入的数据DT3的内容标识符CTXID2，并将对应的数据储存在与查阅到的内容标识符CTXID2相对应的存储块BLK12中。存储块BLK12可以储存分配有内容标识符CTXID2的数据DT1至DT3。
由于储存在一个存储块中的数据段具有彼此类似的属性，因此数据储存设备200可以以低成本来有效地利用存储器资源。例如，当主机设备100将内容标识符CTXID2分配给日志数据从而第二存储块BLK12仅储存日志数据时，第二存储块BLK12可以因日志数据被频繁更新的特性而具有高无效程度，以及虽然在垃圾收集操作时选中第二存储块BLK12作为受害区域，但是可以以低复制成本来处理第二存储块BLK12。例如，当主机设备100将内容标识符CTXID2分配给移动图像数据从而第二存储块BLK12仅储存移动图像数据时，由于移动图像数据很少被更新的特性，因此第二存储块BLK12不可以被选中作为垃圾收集操作时的受害区域。例如，在主机设备100将内容标识符CTXIDi分配给元数据从而第i存储块BLK1i仅储存元数据时，由于元数据被频繁更新的特性，因此第i存储块BLK1i可以具有高无效程度，以及虽然在垃圾收集操作时选中第i存储块BLK1i作为受害区域，但是可以以低复制成本来处理第i存储块BLK1i。
参照图5，数据储存设备200可以将与数据的写入请求一起提供的内容标识符储存在非易失性存储器件220中。例如，在储存请求写入的数据时，数据储存设备200可以将内容标识符储存在储存数据的页空间区域中，或者可以将内容标识符储存在为内容标识符分配的单独的存储区域中。因此，对于根据写入请求而被储存在非易失性存储器件220中的数据，每当需要时数据储存设备200可以通过查阅内容标识符来确定所述数据的属性。
数据储存设备200可以准备分别与内容标识符CTXID1至CTXIDi相对应的存储块BLK21至BLK2i以执行垃圾收集操作。在执行垃圾收集操作时，数据储存设备200可以查阅分配给受害存储块BLK的有效数据的内容标识符，并将有效数据储存在与查阅到的内容标识符相对应的存储块中。例如，在内容标识符CTXID1被分配给有效数据DT3时，数据储存设备200可以将有效数据DT3储存在与内容标识符CTXID1相对应的第一存储块BLK21中。
受害存储块BLK可以处于其中分配有对应的内容标识符的数据段被混合并储存的状态。即使在执行垃圾收集操作之后，数据储存设备200也可以持续保持非易失性存储器件220中的有效数据的内容标识符。
参照图6，数据储存设备200可以准备分别与内容标识符CTXID1至CTXIDi相对应的存储块BLK11至BLK1i以处理写入请求，以及可以准备分别与内容标识符CTXID1至CTXIDi相对应的存储块BLK21至BLK2i以执行垃圾收集操作。
如参照图4所描述的，数据储存设备200可以根据被分配给数据的内容标识符来将请求写入的数据储存在开放的存储块BLK11至BLK1i中。图6额外图示闭合的存储块BLK11_CL至BLK1i_CL，闭合的存储块BLK11_CL至BLK1i_CL分别对应于内容标识符CTXID1至CTXIDi，并且被数据充满。对于垃圾收集操作，数据储存设备200可以保持内容标识符CTXID1至CTXIDi对闭合的存储块BLK11_CL至BLK1i_CL的对应状态。
在执行垃圾收集操作时，数据储存设备200可以查阅与受害存储块(例如，BLK)相对应的内容标识符CTXID2或者被分配给受害存储块BLK的有效数据的内容标识符，并将有效数据(例如，DT3)移动至为垃圾收集操作而开放的存储块BLK21至BLK2i之中的对应于查阅到的内容标识符CTXID2的存储块BLK22。
即，数据储存设备200不仅在处理写入请求时还在执行垃圾收集操作时，收集具有类似属性的数据并储存在特定区域中，使得存储器资源的操作效率可以最大化。
图7是用于描述图1中示出的主机设备100的操作的流程图。
在步骤S110中，主机设备100可以基于数据的属性信息来将内容标识符分配给要被储存在数据储存设备200中的数据。数据的属性信息可以包括有关于数据类型、数据大小、更新频率和数据被储存的分区的信息。主机设备100可以将相同的内容标识符分配给具有彼此类似属性的数据段。主机设备100可以分别将对应的内容标识符分配给具有彼此不同的属性的数据段。
在步骤S120中，主机设备100可以将数据的写入请求和被分配给数据的内容标识符传送至数据储存设备200。
图8是用于描述图1中示出的数据储存设备200的操作的流程图。
在步骤S210中，数据储存设备200可以准备分别与内容标识符相对应的存储区域。数据储存设备200可以准备分别与内容标识符相对应的存储区域(在下文中，被称为第一组)以处理写入请求。数据储存设备200可以准备分别与内容标识符相对应的存储区域(在下文中，被称为第二组)以执行垃圾收集操作。
在步骤S220中，数据储存设备200从主机设备100接收数据的写入请求和被分配给数据的内容标识符。
在步骤S230中，数据储存设备200可以将请求写入的数据储存在与接收到的内容标识符相对应的存储区域中。数据储存设备200可以从第一组选择与接收到的内容标识符相对应的存储区域以储存请求写入的数据。
在步骤S240中，数据储存设备200可以判定例如，在空闲时间期间是否需要垃圾收集操作。数据储存设备200可以确定需要垃圾收集操作以确保空白存储区域，当确定需要垃圾收集操作时，该过程可以进入步骤S250。当确定不需要垃圾收集操作时，该过程可以终止。
在步骤S250中，数据储存设备200可以查阅被分配给受害存储区域的有效数据的内容标识符。
在步骤S260中，数据储存设备200可以将有效数据移动至与查阅到的内容标识符相对应的存储区域。为了移动有效数据，数据储存设备200可以从第二组选择与被分配给有效数据的内容标识符相对应的存储区域。
虽然以上已经描述了特定实施例，但是本领域技术人员将理解的是，描述的实施例仅是示例。因此，本文中描述的系统和方法不应当基于描述的实施例而受到限制。更确切地说，本文中描述的系统和方法应当仅基于所附权利要求书结合以上的描述和附图来限制。
通过以上实施例可以看出，本申请提供了以下的技术方案：
技术方案1.一种数据处理系统，包括：
主机设备，适用于基于数据的属性信息来将内容标识符分配给数据；以及
数据储存设备，适用于基于分配的内容标识符来执行垃圾收集操作。
技术方案2.根据技术方案1所述的系统，其中，数据储存设备将对应的存储区域分别与多个内容标识符匹配。
技术方案3.根据技术方案2所述的系统，其中，数据储存设备从主机设备接收数据的写入请求和分配给所述数据的内容标识符，并基于所述写入请求来将所述数据储存在与分配的内容标识符相对应的存储区域中。
技术方案4.根据技术方案2所述的系统，其中，在执行垃圾收集操作时，数据储存设备查阅分配给受害存储区域中的有效数据的内容标识符，并将有效数据移动至与查阅到的内容标识符相对应的存储区域。
技术方案5.根据技术方案1所述的系统，其中，主机设备包括标识符发生器，标识符发生器适用于对数据的属性信息分类以选择与分类的属性信息相对应的内容标识符。
技术方案6.根据技术方案5所述的系统，其中，主机设备还包括文件系统，文件系统适用于确定数据的属性以将确定的属性作为属性信息提供给标识符发生器。
技术方案7.根据技术方案5所述的系统，其中，主机设备还包括分区管理器，分区管理器适用于将有关于要储存所述数据的分区的信息作为属性信息提供给标识符发生器。
技术方案8.一种数据处理系统，包括：
主机设备，适用于对数据的属性信息分类以选择多个内容标识符中的对应的一个；以及
数据储存设备，适用于基于选中的内容标识符来选择要储存所述数据的存储区域。
技术方案9.根据技术方案8所述的系统，其中，数据储存设备在与各个内容标识符相对应的多个存储区域之中选择与选中的内容标识符相对应的存储区域作为用来将所述数据储存在其中的存储区域。
技术方案10.根据技术方案8所述的系统，其中：
主机设备将选中的内容标识符添加至所述数据的写入请求，并将写入请求传送至数据储存设备；以及
数据储存设备选择存储区域以处理写入请求。
技术方案11.根据技术方案8所述的系统，其中，在执行垃圾收集操作时，数据储存设备选择存储区域，并将所述数据从受害区域移动至选中的存储区域。
技术方案12.根据技术方案8所述的系统，其中，主机设备包括标识符发生器，标识符发生器适用于对数据的属性信息分类以选择对应的内容标识符；以及
文件系统，适用于确定数据的属性以将确定的属性作为属性信息提供给标识符发生器。
技术方案13.根据技术方案12所述的系统，其中，主机设备还包括分区管理器，分区管理器适用于将有关于要储存所述数据的分区的信息作为属性信息提供给标识符发生器。
技术方案14.一种数据处理系统的操作方法，所述方法包括：
基于数据的属性信息来将内容标识符分配给数据；
储存所述数据以处理写入请求；以及
基于分配的内容标识符来执行垃圾收集操作。
技术方案15.根据技术方案14所述的操作方法，其中，数据处理系统包括：
主机设备，适用于执行内容标识符的分配以及数据的写入请求和内容标识符的传送；以及
数据储存设备，适用于执行所述数据的储存和垃圾收集操作。
技术方案16.根据技术方案15所述的操作方法，其中，数据储存设备将内容标识符分别与包括在数据储存设备中的对应的存储区域匹配。
技术方案17.根据技术方案16所述的操作方法，其中，储存数据包括：
选择与内容标识符相对应的存储区域；以及
将所述数据储存在选中的存储区域中。
技术方案18.根据技术方案16所述的操作方法，其中，执行垃圾收集操作包括：
查阅分配给受害存储区域中的有效数据的内容标识符；
选择与查阅到的内容标识符相对应的存储区域；以及
将有效数据移动至选中的存储区域。
技术方案19.根据技术方案15所述的操作方法，其中，属性信息包括数据类型、数据大小、更新频率和有关于要储存所述数据的分区的信息之中的至少一种。
技术方案20.根据技术方案15所述的操作方法，还包括：将内容标识符储存在数据储存设备所包括的非易失性存储器件中。

Claims (10)

1.一种数据处理系统，包括：
主机设备，适用于基于数据的属性信息来将内容标识符分配给数据；以及
数据储存设备，适用于基于分配的内容标识符来执行垃圾收集操作。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，数据储存设备将对应的存储区域分别与多个内容标识符匹配。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，数据储存设备从主机设备接收数据的写入请求和分配给所述数据的内容标识符，并基于所述写入请求来将所述数据储存在与分配的内容标识符相对应的存储区域中。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，在执行垃圾收集操作时，数据储存设备查阅分配给受害存储区域中的有效数据的内容标识符，并将有效数据移动至与查阅到的内容标识符相对应的存储区域。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，主机设备包括标识符发生器，标识符发生器适用于对数据的属性信息分类以选择与分类的属性信息相对应的内容标识符。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，主机设备还包括文件系统，文件系统适用于确定数据的属性以将确定的属性作为属性信息提供给标识符发生器。
7.根据权利要求5所述的系统，其中，主机设备还包括分区管理器，分区管理器适用于将有关于要储存所述数据的分区的信息作为属性信息提供给标识符发生器。
8.一种数据处理系统，包括：
主机设备，适用于对数据的属性信息分类以选择多个内容标识符中的对应的一个；以及
数据储存设备，适用于基于选中的内容标识符来选择要储存所述数据的存储区域。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，数据储存设备在与各个内容标识符相对应的多个存储区域之中选择与选中的内容标识符相对应的存储区域作为用来将所述数据储存在其中的存储区域。
10.一种数据处理系统的操作方法，所述方法包括：
基于数据的属性信息来将内容标识符分配给数据；
储存所述数据以处理写入请求；以及
基于分配的内容标识符来执行垃圾收集操作。
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