CN106557271A - 能够使用外部挥发性记忆体的装置以及能够释放内部挥发性记忆体的装置 - Google Patents

Abstract

本发明包含一种能够使用外部挥发性记忆体的装置，其一实施例包含：一储存控制器，用来控制一非挥发性储存媒体的资料存取，能够依据一协定以及一驱动程式的至少其中之一与一外部装置沟通，其中该外部装置可支配一外部挥发性记忆体。所述储存控制器能够藉由执行下列步骤以在一外部快取模式下将该外部挥发性记忆体的至少一部分做为一快取记忆体：请求该外部装置提供一需求记忆体；依据该外部装置的回应判断该外部装置是否提供一分配记忆体；若判断该外部装置未提供该分配记忆体，操作于一无外部快取模式下；以及若判断该外部装置提供该分配记忆体，操作于该外部快取模式下，藉此将该分配记忆体做为该快取记忆体。

Description

能够使用外部挥发性记忆体的装置以及能够释放内部挥发性记忆体的装置

技术领域

本发明是关于快取空间的管理，尤其是关于能够使用外部挥发性记忆体的装置以及能够释放内部挥发性记忆体的装置。

背景技术

有些储存装置为了加快资料存取速度会采用内建快取记忆体(例如随机存取记忆体)来储存快取资料表及/或快取资料以及储存位址转换表；有些为了成本考量会采用容量较小的内建快取记忆体或不采用任何内建快取记忆体。采用充足内建快取记忆体者会随着储存装置的容量愈大而需要更多记忆体，此会造成更大的成本负担；减少用量或不采用内建快取记忆体者会耗用较多运算资源于资料存取操作上，从而损失效能表现(此现象于随机位址的存取操作时更加明显)。另外，当储存装置是采用快闪记忆体做为储存媒体时，由于快闪记忆体的抹除与写入次数相对有限，缺少快取空间会造成此种储存装置的寿命减损。

以电脑系统为例，目前电脑系统是藉由逻辑区块位址(Logical Block Address,LBA)来针对储存装置(例如固态硬盘(Solid State Drive,SSD))的资料进行定址，但储存装置除会基于不同的非挥发性储存媒体类型与制作技术而有不同的资料存取的定址计算方式，也可能基于非挥发性媒体(例如快闪记忆体)的读写次数限制而无法直接使用LBA来进行定址。故储存装置在依据LBA进行资料存取操作时须先做位址转换，以将电脑系统所认知的LBA转换为储存装置中资料的实体位址(physical address)，若每次资料存取操作都进行位址转换(尤其考量到某些资料常常被存取)，资料存取效能会减损，因此目前技术通常将资料的实体位址与LBA的对应关系存为一快取资料表与一实体至逻辑位址转换表(Physical to Logical Address Mapping Table)(其中该快取资料表的储存内容包含LBA，而该实体至逻辑位址转换表的储存内容包含LBA与实体位址的对应关系)，以避免储存装置于每次资料存取操作都须重建位址对应关系而造成延时性能损失。然而，如前所述，如欲储存此实体至逻辑位址转换表，储存装置需要一额外记忆体，此额外记忆体的大小会限制储存装置所能储存的位址转换表的大小，如缺少此额外记忆体或其容量不足，储存装置的资料存取性能会降低，但若准备容量充足的额外记忆体，储存装置的成本会增加。上述问题常使业者面临两难。

发明内容

鉴于先前技术的不足，本发明的一目的在于提供能够使用外部挥发性记忆体的装置与方法、能够释放内部挥发性记忆体的装置以及能够提供快取空间的系统，以改善先前技术。

本发明揭露一种能够使用外部挥发性记忆体的装置，其一实施例包含：一储存控制器，用来控制一非挥发性储存媒体的资料存取，能够依据一协定以及一驱动程式的至少其中之一与一外部装置沟通，其中该外部装置可支配一外部挥发性记忆体。所述储存控制器能够藉由执行下列步骤以在一外部快取模式下将该外部挥发性记忆体的至少一部分做为一快取记忆体：请求该外部装置提供一需求记忆体；依据该外部装置的回应判断该外部装置是否提供一分配记忆体；若判断该外部装置未提供该分配记忆体，操作于一无外部快取模式下；以及若判断该外部装置提供该分配记忆体，操作于该外部快取模式下，藉此将该分配记忆体做为该快取记忆体。。

本发明亦揭露一种能够释放内部挥发性记忆体的装置，其一实施例包含：一挥发性记忆体；以及一储存控制器。该储存控制器能够依据一驱动程式与一协定的至少其中之一与一外部装置沟通，并能依据该驱动程式与该协定的至少其中之一释放该挥发性记忆体的至少一部分给该外部装置。该储存控制器于释放该挥发性记忆体的至少一部分后进一步执行下列步骤：依据该挥发性记忆体的未释放的部分的容量建立一快取资讯表于该未释放的部分里，及/或依据该未释放的部分的容量储存快取资料于该未释放 的部分里，其中该快取资讯表包含该快取资料于该未释放的部分中的位址资讯。

有关本发明的特征、实作与功效，兹配合图式作较佳实施例详细说明如下。

附图说明

图1为本发明的能够使用外部挥发性记忆体的装置的一实施例的示意图；

图2为图1的储存控制器所能执行的步骤的一实施例的示意图；

图3为图2的步骤S240所包含的步骤的一实施例的示意图；

图4为本发明的能够使用外部挥发性记忆体的方法的一实施例的示意图；

图5为本发明的能够释放内部挥发性记忆体的装置的一实施例的示意图；以及

图6为本发明的能够提供快取空间的系统的一实施例的示意图。

符号说明

110、DEV 能够使用外部挥发性记忆体的装置

112、SC 储存控制器

120、NVM 非挥发性储存媒体

130 传输介面

140、Host 外部装置

150、EVM 外部挥发性记忆体

152、AM 分配记忆体

S210-S240 步骤

S310-S330 步骤

S410-S440 步骤

510、DEV1 能够释放内部挥发性记忆体的装置

512、IVM 挥发性记忆体

514、SC 储存控制器

520 传输介面

530、Host/DEV2 外部装置

600 能够提供快取空间的系统

610、Host 外部装置

620、EVM 外部挥发性记忆体

622、AM 分配记忆体

630、DEV 储存装置

632、NVM 非挥发性储存媒体

634、SC 储存控制器

640 传输介面

具体实施方式

以下说明内容的用语是参照本技术领域的习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语的解释是以本说明书的说明或定义为准。

本发明的揭露内容包含能够使用外部挥发性记忆体的装置与方法、能够释放内部挥发性记忆体的装置以及能够提供快取空间的系统。该些装置与系统的部分元件单独而言可能为已知元件，在不影响发明的充分揭露及可实施性的前提下，以下说明对于个别已知元件的细节将予以节略；另外，该方法可以是软件及/或韧体的形式，可藉由本发明的装置或其等效装置来执行。

请参阅图1，其是本发明的能够使用外部挥发性记忆体的装置的一实施例的示意图。如图1所示，本实施例的装置110(图中标示为DEV)包含：一储存控制器112(图中标示为SC)，用来控制一非挥发性储存媒体120(图中标示为NVM)的资料存取，能够依据一协定以及一驱动程式的至少其中之一透过一已知传输介面130(例如遵守PCI-Express协定或SATA协定的介面等)与一外部装置140(图中标示为Host)沟通，上述协定或驱动程式形式上而言可藉由习知技术来实现，内容上则需包含代码 与程式代码的至少其中之一来对应储存控制器112所能执行的步骤，实作上本领域人士可依本说明书的揭露、已知的规范(例如PCI-Express规范(像是PCI EXPRESS BASE SPECIFICATION,REVISION 3.0)及/或NVM-Express规范(像是NVM Express revision 1.2 specification)等)与已知的软/韧体编撰方式来规划与编写该代码及/或程式代码。外部装置140例如是一个人电脑主机或一行动装置主机，可支配一外部挥发性记忆体150(图中标示为EVM)像是随机存取记忆体，该记忆体150可以是一主机记忆体直接受外部装置140支配(此时外部装置140与记忆体150的沟通可透过一记忆体传输介面(未图标)而无需取道介面130)，或记忆体150是某一外部储存装置的记忆体透过前述协定与驱动程式的至少其中之一而释放给外部装置140来支配(此时外部装置140与记忆体150的沟通可透过传输介面130)，上述外部装置140与记忆体150的沟通以虚线辅助表示，二虚线所代表的路径的至少其中之一需存在。非挥发性储存媒体120例如是快闪记忆体(像是NAND Flash)，可包含于装置110中(此时装置110例如是储存装置)或独立于装置110外(此时装置110例如是单纯的储存控制器)。

请参阅图1与图2，储存控制器112能够藉由执行下列步骤以在一外部快取模式下将外部挥发性记忆体150的至少一部分做为一快取记忆体(即后述的分配记忆体152(图中标示为AM))：

步骤S210：请求外部装置140提供一需求记忆体。控制器112可透过前述协定与驱动程式的至少其中之一来执行本步骤。

步骤S220：依据外部装置140的回应判断外部装置140是否提供一分配记忆体152。分配记忆体152的容量不一定等于需求记忆体的容量，视外部装置140所能支配的外部挥发性记忆体150的容量佐以前述协定及/或驱动程式的规划而定。

步骤S230：若判断外部装置140未提供分配记忆体152，操作于一无外部快取模式下。当操作于此模式下，若有一内部挥发性记忆体可做为快取，储存控制器112会将非挥发性储存媒体120所储存的资料的一部分做为快取资料，并将该快取资料及/或一快取资讯表(该快取资讯表包含一快 取资料表及/或一实体至逻辑位址转换表)储存于该内部挥发性记忆体，其中快取资讯表包含该快取资料于该内部挥发性记忆体与非挥发性储存媒体120的至少其中之一中的位址资讯；然而，若无此内部存储器可供支配，储存控制器112会于每次存取非挥发性储存媒体120的资料时先做位址转换再存取资料。

步骤S240：若判断外部装置140提供分配记忆体152，操作于该外部快取模式下，藉此将分配记忆体152做为快取记忆体。

承上所述，储存控制器112可选择性地于步骤S210中指明一记忆体需求容量，举例来说，储存控制器112可依据非挥发性储存媒体120的容量来决定该记忆体需求容量，从而请求外部装置140提供对应于该记忆体需求容量的记忆体，通常而言，当非挥发性储存媒体120的容量愈大，该记忆体需求容量也愈大，以有足够空间来储存该非挥发性储存媒体120的快取资讯表及/或快取资料。在步骤S210包含指明该记忆体需求容量的前提下，步骤S240可选择性地包含下列步骤如图3所示：

步骤S310：判断分配记忆体152的容量是否小于所指明的记忆体需求容量。

步骤S320：若分配记忆体152的容量小于该记忆体需求容量，储存一第一储存量的第一快取资料及/或一第一快取资讯表(该第一快取资讯表包含一第一快取资料表及/或一第一实体至逻辑位址转换表)于分配记忆体152，该第一快取资料原储存于非挥发性储存媒体120，该第一快取资讯表包含该第一快取资料于分配记忆体152与非挥发性储存媒体120的至少其中之一中的位址资讯。当分配记忆体152的容量小于该记忆体需求容量，储存控制器112只能储存较少的快取资料及/或较小的快取资讯表于分配记忆体152中，且可能透过一预设规则来决定该快取资料与快取资讯表的内容。上述预设规则可以是依据一内建资料表选取指定资料以做为快取资料的规则，以及/或是依据一预定算法(例如最近最少使用(Least Recently Used,LRU)算法)来挑选资料以做为快取资料的规则，实作上该预设规则可以是任一现有快取资料挑选规则或一自定义的规则。

步骤S330：若分配记忆体152的容量不小于该记忆体需求容量，储存 一第二储存量的第二快取资料及/或一第二快取资讯表(该第二快取资讯表包含一第二快取资料表及/或一第二实体至逻辑位址转换表)于分配记忆体152，该第二快取资料原储存于非挥发性储存媒体120，该第二快取资讯表包含该第二快取资料于分配记忆体152与非挥发性储存媒体120的至少其中之一中的位址资讯，且该第二储存量大于该第一储存量。当分配记忆体152的容量充足，储存控制器112能够储存所需的所有快取资料及/或快取资讯表于分配记忆体152中，该些快取资料与快取资讯表的内容同样可透过前述预设规则来决定。本实施例中，第二快取资讯表的资料量大于第一快取资料的资料量；然而，考量到资料的大小与连续性，第二快取资讯表的资料量也可能小于第一快取资讯表的资料量。

承上所述，当分配记忆体152及前述内部快取记忆体同时存在时，为弹性使用二者，步骤S240可选择性地包含下列步骤：若分配记忆体的容量142小于前述记忆体需求容量，将该第一快取资讯表储存于该内部挥发性记忆体与分配记忆体152的至少其中之一；以及若分配记忆体152的容量不小于该记忆体需求容量，将该第二快取资讯表储存于该内部挥发性记忆体与分配记忆体152的至少其中之一。

另外，无论步骤S210是否包含指明该记忆体需求容量，步骤240可选择性地包含下列步骤：依据分配记忆体152的容量以及前述预设规则将非挥发性储存媒体120所储存的资料的一部分做为快取资料，并储存该快取资料及/或一快取资讯表于分配记忆体152，该快取资讯表包含该快取资料于分配记忆体152与非挥发性储存媒体120的至少其中之一中的位址资讯。类似地，若分配记忆体152以及内部快取记忆体同时存在，步骤S240可选择性地进一步包含：将该快取资讯表储存于该内部挥发性记忆体与该分配记忆体的至少其中之一。

藉由前述作法，本发明的装置110得以将外部挥发性记忆体150做为快取记忆体，从而在一主机(可以是外部装置140或其它装置)向本装置110要求非挥发性储存媒体120的储存资料时，令储存控制器112依一快取资讯表判断该储存资料是否为快取资料，若是，储存控制器112可执行下列步骤：下达指令以要求外部挥发性记忆体150输出该储存资料至装置 110，再从装置110将该储存资料输出至该主机；或藉由特制化的驱动程式，令外部挥发性记忆体150直接输出该储存资料至该主机。值得注意的是，储存控制器112可于装置110的启动过程中或装置110启动完成后执行前揭步骤S210至步骤S240及其衍生步骤。

除前揭装置外，本发明亦揭露一种能够使用外部挥发性记忆体的方法，是由本发明的装置或其等效装置来执行，能够在一外部快取模式下将一外部装置可支配的一外部挥发性记忆体的至少一部分做为一快取记忆体，该方法之一实施例如图4所示，包含下列步骤：

步骤S410：请求该外部装置提供一需求记忆体。

步骤S420：依据该外部装置的回应判断该外部装置是否提供一分配记忆体；

步骤S430：若判断该外部装置未提供该分配记忆体，操作于一无外部快取模式下；以及

步骤S440：若判断该外部装置提供该分配记忆体，操作于该外部快取模式下，藉此将该分配记忆体做为该快取记忆体。

由于本领域具有通常知识者能够藉由前揭装置实施例的揭露来推知本方法实施例的细节与变化，更明确地说，前揭装置实施例的技术特征均可合理应用于本方法实施例中，因此，在不影响本方法实施例的揭露要求与可实施性的前提下，重复及冗余的说明在此予以节略。

前文提及外部挥发性记忆体可以是由某一外部储存装置透过协定与驱动程式的至少其中之一所释放的记忆体。因此，本发明提出一种能够释放内部挥发性记忆体的装置的一实施例如图5所示，藉此使本领域人士得以明了与实施。图5的装置510(图中标示为DEV1)包含：一挥发性记忆体512(图中标示为IVM)；以及一储存控制器514(图中标示为SC)。储存控制器514能够依据一驱动程式与一协定的至少其中之一透过一已知传输介面520与一外部装置530(图中标示为Host/DEV2)沟通，并能依据该驱动程式与该协定的至少其中之一释放挥发性记忆体512的至少一部分给外部装置530来支配，该驱动程式与协定形式上可藉由习知技术来实现，内容上则需包含代码与程式代码的至少其中之一来对应储存控制器514所 能执行的步骤，实作上本领域人士可依本说明书的揭露、已知的规范(例如PCI-Express规范及/或NVM-Express规范等)与已知的软/韧体编撰方式来规划与编写该代码及/或程式代码，外部装置530例如是一个人电脑主机、一行动装置主机或一非挥发性储存装置，当外部装置为主机时，会于取得记忆体512的至少一部分的支配权后，再透过上述驱动程式及/或协定将该支配权让与另一储存装置(例如图1的装置110，此时该记忆体512的至少一部分相当于图1的分配记忆体152)。另外，储存控制器514可选择性地于释放挥发性记忆体512的至少一部分后执行下列步骤：依据挥发性记忆体512的未释放的部分的容量建立一快取资讯表于该未释放的部分里及/或依据该未释放的部分的容量储存快取资料于该未释放的部分里，其中该快取资讯表包含该快取资料于该未释放的部分与一非挥发性储存媒体(未显示)的至少其中之一中的位址资讯，该非挥发性储存媒体例如是快闪记忆体，可包含于装置510中或独立于装置510外，且前述快取资料原储存于该非挥发性储存媒体中。值得注意的是，储存控制器514可于装置510的启动过程中或装置510启动完成后执行上述步骤及其衍生步骤。

类似地，由于本领域具有通常知识者能够藉由前揭实施例的揭露内容来推知本实施例的细节与变化，更明确地说，前揭实施例的技术特征均可合理应用于本实施例中，因此，在不影响本实施例的揭露要求与可实施性的前提下，重复及冗余的说明在此予以节略。

除前揭装置与方法外，本发明也提出一种能够提供快取空间的系统的一实施例如图6所示，图6的系统600包含：一外部装置610(图中标示为Host)，能够直接或间接支配一外部挥发性记忆体620(图中标示为EVM)；以及一储存装置630(图中标示为DEV)。储存装置630包含：一非挥发性储存媒体632(图中标示为NVM)；以及一储存控制器634(图中标示为SC)。所述储存控制器634用来控制非挥发性储存媒体632的资料存取，能够依据一协定以及一驱动程式的至少其中之一经由一已知传输介面640与外部装置610沟通。储存控制器634能够藉由执行下列步骤以在一外部快取模式下将外部挥发性记忆体620的至少一部分做为一快取记忆体(即下述分配记忆体622(图中标示为AM))：请求外部装置610提 供一需求记忆体；依据外部装置610的回应判断外部装置610是否提供一分配记忆体622；若判断外部装置610未提供分配记忆体622，操作于一无外部快取模式下；以及若判断外部装置610提供分配记忆体622，操作于该外部快取模式下，藉此将分配记忆体622做为该快取记忆体。本实施例中，外部装置610是一电脑主机，非挥发性储存媒体622是快闪记忆体。

同样地，由于本领域具有通常知识者能够藉由前揭装置与方法实施例的揭露内容来推知本系统实施例的细节与变化，更明确地说，前揭装置与方法实施例的技术特征均可合理应用于本系统实施例中，因此，在不影响本系统实施例的揭露要求与可实施性的前提下，重复及冗余的说明在此予以节略。

综上所述，本发明藉由提供能够使用外部挥发性记忆体的装置与方法、能够释放内部挥发性记忆体的装置以及能够提供快取空间的系统来平衡快取空间的成本与效能考量。对一般用户而言，将个人电脑的系统记忆体做为储存装置的快取记忆体通常不会实质影响电脑系统原本效能，而会显著提升储存装置的效能；而将其它装置(例如某一储存装置)的记忆体做为采用本发明的储存装置的快取记忆体，可达到资源共享以及装置使用效率与寿命的均一化或改善。

虽然本发明的实施例如上所述，然而该些实施例并非用来限定本发明，本技术领域具有通常知识者可依据本发明的明示或隐含的内容对本发明的技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本发明所寻求的专利保护范畴，换言之，本发明的专利保护范围须视本说明书的申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种能够使用外部挥发性记忆体的装置，包含：

一储存控制器，用来控制一非挥发性储存媒体的资料存取，能够依据一协定以及一驱动程式的至少其中之一与一外部装置沟通，其中该外部装置可支配一外部挥发性记忆体，该储存控制器能够藉由执行下列步骤以在一外部快取模式下将该外部挥发性记忆体的至少一部分做为一快取记忆体：

请求该外部装置提供一需求记忆体；

依据该外部装置的回应判断该外部装置是否提供一分配记忆体；

若判断该外部装置未提供该分配记忆体，操作于一无外部快取模式下；以及

若判断该外部装置提供该分配记忆体，操作于该外部快取模式下，藉此将该分配记忆体做为该快取记忆体。

2.根据权利要求1所述的装置，其中请求该外部装置提供该需求记忆体的步骤包含：

指明一记忆体需求容量；以及

将该分配记忆体做为该快取记忆体的步骤包含：

判断该分配记忆体的容量是否小于该记忆体需求容量；

若该分配记忆体的容量小于该记忆体需求容量，储存一第一储存量的第一快取资料及/或一第一快取资讯表于该分配记忆体，该第一快取资料原储存于该非挥发性储存媒体，该第一快取资讯表包含该第一快取资料于该分配记忆体与该非挥发性储存媒体的至少其中之一中的位址资讯；以及

若该分配记忆体的容量不小于该记忆体需求容量，储存一第二储存量的第二快取资料及/或一第二快取资讯表于该分配记忆体，该第二快取资料原储存于该非挥发性储存媒体，该第二快取资讯表包含该第二快取资料于该分配记忆体与该非挥发性储存媒体的至少其中之一中的位址资讯，且该第二储存量大于该第一储存量。

3.根据权利要求2所述的装置，其中该第二快取资讯表的资料量大于该第一快取资料的资料量。

4.根据权利要求2所述的装置，进一步包含一内部挥发性记忆体，其中将该分配记忆体做为该快取记忆体的步骤进一步包含：

若该分配记忆体的容量小于该记忆体需求容量，将该第一快取资讯表储存于该内部挥发性记忆体与该分配记忆体的至少其中之一；以及

若该分配记忆体的容量不小于该记忆体需求容量，将该第二快取资讯表储存于该内部挥发性记忆体与该分配记忆体的至少其中之一。

5.根据权利要求1所述的装置，其中该储存控制器依据该非挥发性储存媒体的容量来请求该外部装置提供该需求记忆体，并指明一记忆体需求容量。

6.根据权利要求1所述的装置，其中将该分配记忆体做为该快取记忆体的步骤包含：

依据该分配记忆体的容量以及一预设规则将该非挥发性储存媒体所储存的资料的一部分做为快取资料，并储存该快取资料及/或一快取资讯表于该分配记忆体，该快取资讯表包含该快取资料于该分配记忆体与该非挥发性储存媒体的至少其中之一中的位址资讯。

7.根据权利要求6所述的装置，进一步包含一内部挥发性记忆体，其中将该分配记忆体做为该快取记忆体的步骤进一步包含：

将该快取资讯表储存于该内部挥发性记忆体与该分配记忆体的至少其中之一。

8.根据权利要求1所述的装置，其中该外部挥发性记忆体包含于该外部装置与一储存装置的其中之一，当该外部挥发性记忆体包含于该储存装置时，该外部挥发性记忆体是由该储存装置释放给该外部装置。

9.一种能够释放内部挥发性记忆体的装置，包含：

一挥发性记忆体；以及

一储存控制器，能够依据一驱动程式与一协定的至少其中之一与一外部装置沟通，并能依据该驱动程式与该协定的至少其中之一释放该挥发性记忆体的至少一部分给该外部装置，该储存控制器于释放该挥发性记忆体的至少一部分后执行下列步骤：

依据该挥发性记忆体的未释放的部分的容量建立一快取资讯表于该未释放的部分里，及/或依据该未释放的部分的容量储存快取资料于该未释放的部分里，

其中该快取资讯表包含该快取资料于该未释放的部分中的位址资讯。

10.根据权利要求9所述的能够释放内部挥发性记忆体的装置，进一步包含一非挥发性储存媒体，其中该快取资料原储存于该非挥发性储存媒体。