CN106155579A - 固态硬盘动态储存转换层数据的方法 - Google Patents

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Abstract

一种固态硬盘动态储存转换层数据的方法，由主机发出存取数据指令，判断存取数据为冷热数据，检查固态硬盘动态设定的闪存转换层为部分储存模式，比较不同储存介质的存取速度，将闪存转换层的热数据调整储存至存取速度较快的储存介质，冷数据调整储存至存取速度较慢的储存介质，以提高存取速度。

Description

固态硬盘动态储存转换层数据的方法
技术领域
本发明有关一种固态硬盘，尤其关于固态硬盘根据建立管理逻辑实体对照表的转换层，动态选择储存转换层冷热数据的方法。
背景技术
固态硬盘(Solid State Drive，简称SSD)是由与非门闪存阵列(NAND FlashMemory Array)整合成为单一的储存装置。因闪存具有抹除次数限制，数据需分散储存在固态硬盘的闪存阵列，并利用闪存转换层(Flash TranslationLayer，简称FTL)，管理数据的逻辑地址与实际储存在闪存的实体地址的对照关系，以利存取数据。
如图1所示，为现有技术电子装置储存系统1。现有技术电子装置例如计算机、手机等，在主机2设中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)3，发出存取数据的逻辑地址至连接在传输接口4的固态硬盘5，固态硬盘5内设控制器6配合缓冲存储器7，接收主机2的存取数据的逻辑地址，再到闪存阵列8相对逻辑地址的实体地址存取数据，将数据储存至主机2的动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，简称DRAM)9，以供主机2备用。
为了管理数据的逻辑地址与实际储存在闪存阵列8的实体地址的关系，固态硬盘5在启动时，读取闪存阵列8中各数据区块的管理数据，形成数据的逻辑地址与实体地址的逻辑实体对照表(Logical to Physical Table，简称L2P)，建立闪存转换层，以储存及管理逻辑实体对照表。而建立闪存转换层的位置，在固态硬盘5初始化时，已由储存在闪存阵列8中的固件，预先设定建立在缓冲存储器7或闪存阵列8，无法再行变动。因动态随机存取存储器(DRAM)较闪存的存取速度约快10倍，缓冲存储器7属于DRAM的型态，为了提高存取速度，所以现有技术固态硬盘5通常将闪存转换层优先建立在缓冲存储器7。
然而，现有技术固态硬盘5设定闪存转换层建立在缓冲存储器7，一旦缓冲存储器7损坏或部分损坏，将无法建立闪存转换层，导致固态硬盘5无法利用闪存转换层管理逻辑实体对照表存取数据，造成固态硬盘5无法使用。此外，固态硬盘5随电子装置的需求，储存系统有所差异，有些并未装设缓冲存储器，固态硬盘5的闪存转换层需设定建立在存取速度较慢的闪存阵列，难以提升固态硬盘的存取速度。现有技术的固态硬盘5无法随电子装置储存系统变化，动态变更闪存转换层的建立位置，同时导致闪存转换层的冷热数据无法机动调整适当的储存位置，更降低固态硬盘的存取速度。因此，固态硬盘在储存转换层的冷热数据方法上，仍有问题亟待解决。
发明内容
本发明的目的提供一种固态硬盘动态储存转换层数据的方法，配合固态硬盘启动时动态选择闪存转换层的储存模式，动态选择冷热数据的储存位置，以提高固态硬盘的存取效率。
本发明的另一目的提供一种固态硬盘动态储存转换层数据的方法，比较选择设定的储存模式中不同储存介质的存取速度，动态将热数据的储存在存取速度较快的储存介质，以提高固态硬盘的存取速度。
为了达到前述发明的目的，本发明第一实施例固态硬盘动态储存转换层数据的方法，由主机对固态硬盘发出存取数据指令，判断存取数据为冷数据或热数据，检查固态硬盘动态设定的闪存转换层为部分储存模式，比较部分储存模式中不同储存介质的存取速度，决定储存介质存取速度的快慢顺序，将闪存转换层热数据的储存位置调整至存取速度较快的储存介质，闪存转换层冷数据的储存位置调整至存取速度较慢的储存介质。
本发明在主机或固态硬盘设立冷热数据判断机制，计算数据存取次数，预设存取次数阈值，超过存取次数阈值判断为热数据，而未超过存取次数阈值判断为冷数据。动态设定的闪存转换层为部分储存模式，部分储存模式包含Flash部分储存模式、DRAM部分储存模式及主机部分储存模式。动态设定的闪存转换层不为部分储存模式时，包含动态选择缓冲存储器全储存模式及闪存全储存模式，不调整冷热数据的储存位置。
本发明第二实施例固态硬盘动态储存转换层数据的方法，由主机对固态硬盘发出存取数据指令，判断存取数据为冷数据或热数据，检查固态硬盘闪存转换层设定不为部分储存模式时，不调整冷热数据的储存位置，而动态设定的闪存转换层为部分储存模式时，检查固态硬盘动态设定的闪存转换层为Flash部分储存模式，比较储存介质缓冲存储器较闪存阵列的存取速度快，将闪存转换层的热数据的储存位置调整至缓冲存储器，而将闪存转换层冷数据的储存位置调整至闪存阵列。当检查闪存转换层设定不为Flash部分储存模式时，再检查固态硬盘动态设定的闪存转换层为DRAM部分储存模式时，比较储存介质缓冲存储器较动态随机存取存储器的存取速度快，将闪存转换层的热数据的储存位置调整至缓冲存储器，而将闪存转换层冷数据的储存位置调整至动态随机存取存储器。
本发明检查闪存转换层设定不为DRAM部分储存模式时，再检查固态硬盘动态设定的闪存转换层为主机部分储存模式时，比较储存介质动态随机存取存储器与闪存阵列的存取速度。动态随机存取存储器较闪存阵列的存取速度快时，将闪存转换层的热数据的储存位置调整至动态随机存取存储器，而将闪存转换层冷数据的储存位置调整至闪存阵列。闪存阵列的存取速度较动态随机存取存储器快时，将闪存转换层的热数据的储存位置调整至闪存阵列，而将闪存转换层冷数据的储存位置调整至动态随机存取存储器。
附图说明
图1为现有技术电子装置储存系统的功能方块图。
图2为本发明电子装置储存系统的功能方块图。
图3为本发明Flash部分储存模式的功能方块图。
图4为本发明DRAM部分储存模式的功能方块图。
图5为本发明闪存全储存模式的功能方块图。
图6为本发明主机部分储存模式的功能方块图。
图7为本发明第一实施例的固态硬盘动态储存转换层数据的方法的流程图。
图8为本发明第二实施例的固态硬盘动态储存转换层数据的方法的流程图。
附图符号说明
10 电子装置储存系统
11 主机
12 中央处理器
13 动态随机存取存储器
14 传输接口
15 固态硬盘
16 控制器
17 缓冲存储器
18 闪存阵列
19 转换层选择单元
20 闪存转换层建立位置
具体实施方式
有关本发明为实现上述目的，所采用的技术手段及其功效，兹举较佳实施例，并结合附图加以说明如下。
请参阅图2，为本发明电子装置储存系统10的功能方块图。本发明电子装置储存系统10，在主机11设中央处理器(CPU)12及动态随机存取存储器(DRAM)13，由中央处理器12配合动态随机存取存储器13发出存取数据的逻辑地址至连接在传输接口14的固态硬盘(SSD)15，固态硬盘15内设控制器16及缓冲存储器17，由控制器16配合缓冲存储器17接收主机11的存取数据的逻辑地址，至闪存阵列18相对逻辑地址的实体地址，存取数据到主机2的动态随机存取存储器13，以供主机11备用。本发明另在固态硬盘15设置转换层选择单元19，负责在固态硬盘15启动时，动态选择建立闪存转换层(FTL)的位置。
本发明电子装置储存系统10启动固态硬盘15时，控制器16根据闪存阵列18的数据存储容量，预估形成逻辑实体对照表所需的容量，由转换层选择单元19比较缓冲存储器17储存逻辑实体对照表的预设容量与逻辑实体对照表的预估容量，决定建立闪存转换层的位置。因缓冲存储器17属于DRAM型态，存取速度较闪存快约10倍，转换层选择单元19以选择将闪存转换层建立在缓冲存储器17为优先。假如转换层选择单元19比较缓冲存储器17储存逻辑实体对照表的预设容量不小于逻辑实体对照表的预估容量，则转换层选择单元19选择设定缓冲存储器全储存模式(Full L2P TableMapping Method)，将闪存转换层的建立位置20全设在缓冲存储器17。并通知控制器16读取闪存阵列18中各数据区块的管理数据，形成逻辑实体对照表，全部储存在缓冲存储器17。当控制器16接收主机11存取数据的逻辑地址时，控制闪存转换层由储存在缓冲存储器17的逻辑实体对照表，对照数据存放在闪存阵列18中的实体地址，以迅速至对应的闪存存取数据。
如图3所示，为本发明Flash部分储存模式的功能方块图。假如固态硬盘15启动时，转换层选择单元19比较缓冲存储器17储存逻辑实体对照表的预设容量小于逻辑实体对照表的预估容量，将进一步检查固态硬盘15是否设有缓冲存储器17，以及主机是否保留动态随机存取存储器提供固态硬盘15使用，假如固态硬盘15设有缓冲存储器17，且主机未保留动态随机存取存储器时，则转换层选择单元19选择设定Flash部分储存模式(FlashPartial L2P Table Mapping Method)，将闪存转换层的建立位置20，部分设在缓冲存储器17，而不足的部分另建立在闪存阵列18。并通知控制器16读取闪存阵列18中各数据区块的管理数据，形成逻辑实体对照表，将逻辑实体对照表部分储存在缓冲存储器17，部分储存在闪存阵列18。
如图4所示，为本发明DRAM部分储存模式的功能方块图。因闪存阵列18存取速度较慢，有些主机11会保留部分动态随机存取存储器13，提供固态硬盘15使用。虽然固态硬盘15需视主机11的操作空档才能与动态随机存取存储器13交换数据，存取速度较缓冲存储器17慢，但动态随机存取存储器13存取速度有时仍较闪存阵列18快。因此假如固态硬盘15设有缓冲存储器17，且主机11又保留动态随机存取存储器13提供固态硬盘15使用时，转换层选择单元19也可选择设定DRAM部分储存模式(DRAMPartial L2P Table Mapping Method)，将闪存转换层的建立位置20部分设在缓冲存储器17，而不足的部分另建立在动态随机存取存储器13。并通知控制器16读取闪存阵列18中各数据区块的管理数据，形成逻辑实体对照表，将逻辑实体对照表部分储存在缓冲存储器17，部分储存在动态随机存取存储器13。
如图5所示，为本发明闪存储存模式的功能方块图。本发明转换层选择单元19比较缓冲存储器储存逻辑实体对照表的预设容量小于逻辑实体对照表的预估容量后，例如随身盘、存储卡等固态硬盘15假如未设缓冲存储器，且主机未保留动态随机存取存储器，转换层选择单元19选择设定闪存全储存模式(Flash Array L2P Table Mapping Method)，将闪存转换层的建立位置20全设在闪存阵列18。并通知控制器16读取闪存阵列18中各数据区块的管理数据，形成逻辑实体对照表全部储存在闪存阵列18。当控制器16存取数据，控制闪存转换层由储存在闪存阵列18逻辑实体对照表，读取数据的对照关系直接输送至主机。但闪存全储存模式由闪存存取数据的速度较缓冲存储器慢，会降低固态硬盘15的存取速度。
如图6所示，为本发明主机部分储存模式的功能方块图。在固态硬盘15启动时，转换层选择单元19比较缓冲存储器储存逻辑实体对照表的预设容量小于逻辑实体对照表的预估容量，进一步检查固态硬盘15未设缓冲存储器，再进一步检查主机11保留动态随机存取存储器13提供固态硬盘15使用时，转换层选择单元19即选择设定主机部分储存模式(Host Partial L2PTable Mapping Method)，将闪存转换层建立位置20设在主机11保留的动态随机存取存储器13，不足的部分设在闪存阵列18，以提高存取速度。并通知控制器16读取闪存阵列18中各数据区块的管理数据，形成逻辑实体对照表，部分储存在动态随机存取存储器13，不足部分储存在闪存阵列18。
本发明电子装置储存系统因应储存系统中储存介质的变化，并根据不同储存介质的存取速度快慢，在每次启动固态硬盘时，动态选择缓冲存储器全储存模式、Flash部分储存模式、DRAM部分储存模式、闪存全储存模式及主机部分储存模式等储存模式，设定闪存转换层的建立位置，以提高存取速度。对于缓冲存储器全储存模式与闪存全储存模式等全储存模式，闪存转换层的数据全部储存在相同储存介质的位置，存取速度并无差异，不须调整冷热数据的储存位置。但对于Flash部分储存模式、DRAM部分储存模式及主机部分储存模式等部分储存模式，闪存转换层的数据分别储存在不同的储存介质上，不同储存介质的数据存取速度相差高达约10倍，如不随动态建立闪存转换层的位置，分类储存闪存转换层的冷热数据，将过多热数据储存在存取速度较慢的储存介质，存取操作容易造成阻塞，将降低固态硬盘整体的存取效率。
如图7所示，为本发明第一实施例的固态硬盘动态储存转换层数据的方法。本发明第一实施例的固态硬盘动态储存转换层数据的详细步骤如下:在步骤S1，主机对固态硬盘发出存取数据指令时，在步骤S2，由主机或固态硬盘端设立的冷热数据判断机制，计算数据存取次数，并对存取数据预设存取次数阈值，超过存取次数阈值判断为热数据(Hot Data)，而未超过存取次数阈值判断为冷数据(Cold Data)。在步骤S3，检查固态硬盘启动时，动态设定的闪存转换层是否为部分储存模式？假如闪存转换层设定不为部分储存模式，则进入步骤S4，由于闪存转换层的数据全部储存在相同储存介质的位置，不须调整冷热数据的储存位置。假如闪存转换层设定为部分储存模式，则进入步骤S5，根据闪存转换层设定的部分储存模式，比较储存的不同储存介质的存取速度，决定储存介质存取速度的快慢顺序，在步骤S4，由于热数据经常被存取使用的数据，根据启动时动态设定的部分储存模式，将闪存转换层热数据的储存位置调整至存取速度较快的储存介质，使大多数的存取操作快速完成，而冷数据属于很少被存取使用的数据，根据动态设定的部分储存模式，将闪存转换层冷数据的储存位置调整至存取速度较慢的储存介质，虽然存取操作较慢完成，但仅阻碍少数存取操作，对固态硬盘整体的存取速度影响较少。
举例说明，请参考图3，假如本发明固态硬盘15在启动时，因固态硬盘15的缓冲存储器17部分故障，转换层选择单元19动态选择闪存转换层设定为Flash部分储存模式。根据Flash部分储存模式，闪存转换层的数据部分储存在固态硬盘的缓冲存储器17，不足的部分储存在闪存阵列18，而储存介质中缓冲存储器17较闪存阵列18的存取速度快约10倍。建立闪存转换层时，本发明先利用冷热数据判断机制判断存取数据为热数据或冷数据，假如为热数据时，则储存在缓冲存储器17，假如为冷数据时，则储存在闪存阵列18，以提高存取速度。
如图8所示，为本发明第二实施例的固态硬盘动态储存转换层数据的方法。本发明第二实施例对固态硬盘各储存模式动态储存转换层数据的详细步骤，说明如下:在步骤T1，主机对固态硬盘发出存取数据指令时，在步骤T2，由冷热数据判断机制对存取数据判断为热数据或冷数据。在步骤T3，检查固态硬盘动态设定的闪存转换层是否为部分储存模式？假如设定不为部分储存模式，则进入步骤T4，不须调整冷热数据的储存位置。假如闪存转换层设定为部分储存模式，则进入步骤T5，检查固态硬盘动态设定的闪存转换层是否为Flash部分储存模式？假如闪存转换层设定为Flash部分储存模式，则进入步骤T6，比较储存介质缓冲存储器较闪存阵列的存取速度快，将闪存转换层的热数据的储存位置调整至缓冲存储器，而将闪存转换层冷数据的储存位置调整至闪存阵列。
假如闪存转换层设定不为Flash部分储存模式，则进入步骤T7，检查固态硬盘动态设定的闪存转换层是否为DRAM部分储存模式？假如闪存转换层设定为DRAM部分储存模式，则进入步骤T8，比较储存介质缓冲存储器较动态随机存取存储器的存取速度快，将闪存转换层的热数据的储存位置调整至缓冲存储器，而将闪存转换层冷数据的储存位置调整至动态随机存取存储器。
假如闪存转换层设定不为DRAM部分储存模式，则进入步骤T9，检查固态硬盘动态设定的闪存转换层是否为主机部分储存模式？假如闪存转换层设定为主机部分储存模式，则进入步骤T10，比较储存介质动态随机存取存储器与闪存阵列的存取速度，本实施例虽设定动态随机存取存储器较闪存阵列的存取速度快，将闪存转换层的热数据的储存位置调整至动态随机存取存储器，而将闪存转换层冷数据的储存位置调整至闪存阵列。但动态随机存取存储器的存取速度需视主机的操作频率而定，亦可设定闪存阵列的存取速度较动态随机存取存储器快，将闪存转换层的热数据的储存位置调整至闪存阵列，而将闪存转换层冷数据的储存位置调整至动态随机存取存储器。假如闪存转换层设定不为主机部分储存模式，则进入步骤T11，结束步骤。
前述本发明第二实施例的固态硬盘动态储存转换层数据的方法中，步骤T5检查固态硬盘动态设定的闪存转换层为Flash部分储存模式及其附属步骤T6调整冷热数据储存位置、步骤T7检查固态硬盘动态设定的闪存转换层为DRAM部分储存模式及其附属步骤T8调整冷热数据储存位置、步骤T9检查固态硬盘动态设定的闪存转换层是否为主机部分储存式及其附属步骤T10调整冷热数据储存位置等步骤，先后次序可随意变动，亦可达到本发明固态硬盘动态储存转换层数据的方法。
因此，本发明的固态硬盘动态储存转换层数据的方法，就可藉由配合固态硬盘启动时动态选择闪存转换层的储存模式，并根据储存模式中所用不同的储存介质，比较储存模式中不同储存介质的存取速度，动态选择调整闪存转换层的冷热数据的储存位置，动态将热数据的储存在存取速度较快的储存介质，冷数据的储存在存取速度较慢的储存介质，达到提高固态硬盘的存取速度的目的。
以上所述，仅为用以方便说明本发明的较佳实施例，本发明的范围不限于这些较佳实施例，凡依本发明所做的任何变更，在不脱离本发明的精神下，皆属本发明的权利要求的范围。

Claims (12)

1.一种固态硬盘动态储存转换层数据的方法，其步骤包含：
主机对固态硬盘发出存取数据指令；
判断存取数据为冷数据或热数据；
检查固态硬盘动态设定的闪存转换层为部分储存模式；
比较该部分储存模式中不同储存介质的存取速度，决定储存介质存取速度的快慢顺序；
将闪存转换层热数据的储存位置调整至存取速度较快的储存介质，闪存转换层冷数据的储存位置调整至存取速度较慢的储存介质。
2.如权利要求1所述的固态硬盘动态储存转换层数据的方法，其中设立冷热数据判断机制，计算数据存取次数，预设存取次数阈值，超过存取次数阈值判断为热数据，而未超过存取次数阈值判断为冷数据。
3.如权利要求2所述的固态硬盘动态储存转换层数据的方法，其中该冷热数据判断机制设立在主机或固态硬盘。
4.如权利要求1所述的固态硬盘动态储存转换层数据的方法，其中该部分储存模式包含Flash部分储存模式、DRAM部分储存模式及主机部分储存模式。
5.如权利要求1所述的固态硬盘动态储存转换层数据的方法，其中该闪存转换层设定不为部分储存模式时，不调整冷热数据的储存位置。
6.如权利要求5所述的固态硬盘动态储存转换层数据的方法，其中该不为部分储存模式包含动态选择缓冲存储器全储存模式及闪存全储存模式。
7.一种固态硬盘动态储存转换层数据的方法，其步骤包含：
主机对固态硬盘发出存取数据指令；
判断存取数据为冷数据或热数据；
检查固态硬盘动态设定的闪存转换层为部分储存模式；
再检查固态硬盘动态设定的闪存转换层为Flash部分储存模式，比较储存介质缓冲存储器较闪存阵列的存取速度快，将闪存转换层的热数据的储存位置调整至缓冲存储器，而将闪存转换层冷数据的储存位置调整至闪存阵列。
8.如权利要求7所述的固态硬盘动态储存转换层数据的方法，其中该闪存转换层设定不为部分储存模式时，不调整冷热数据的储存位置。
9.如权利要求7所述的固态硬盘动态储存转换层数据的方法，其中检查闪存转换层设定不为Flash部分储存模式，再检查固态硬盘动态设定的闪存转换层为DRAM部分储存模式时，比较储存介质缓冲存储器较动态随机存取存储器的存取速度快，将闪存转换层的热数据的储存位置调整至缓冲存储器，而将闪存转换层冷数据的储存位置调整至动态随机存取存储器。
10.如权利要求9所述的固态硬盘动态储存转换层数据的方法，其中检查闪存转换层设定不为DRAM部分储存模式，再检查固态硬盘动态设定的闪存转换层为主机部分储存模式时，比较储存介质动态随机存取存储器与闪存阵列的存取速度。
11.如权利要求10所述的固态硬盘动态储存转换层数据的方法，其中动态随机存取存储器较闪存阵列的存取速度快时，将闪存转换层的热数据的储存位置调整至动态随机存取存储器，而将闪存转换层冷数据的储存位置调整至闪存阵列。
12.如权利要求10所述的固态硬盘动态储存转换层数据的方法，其中闪存阵列的存取速度较动态随机存取存储器快时，将闪存转换层的热数据的储存位置调整至闪存阵列，而将闪存转换层冷数据的储存位置调整至动态随机存取存储器。
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