CN106598878B - 一种固态硬盘冷热数据分离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固态硬盘冷热数据分离方法,包括步骤:A,垃圾回收模块发起回收操作;B,垃圾回收模块将待回收的block挂到回收链表里面,同时锁住该block上的有效数据;C,垃圾回收模块提取回收链表里面block中的有效数据并将其写到冷数据块里,最后将回收完成的block擦除;D,垃圾回收模块将写到冷数据块里的有效数据进行解锁;E,重复步骤B、C和D,直至将所有被写满的block回收完成。本发明在垃圾回收模块回收垃圾的同时进行冷热数据分离,省去了设置专门的时间间隔来执行冷热数据分离过程,冷热数据分离不需特定的执行时间、不需要设定冷热数据分离时间间隔,也不需要较大的缓存空间,费时短,效率高,提高了固态硬盘的利用率和寿命。
Description
技术领域
本发明属于固态硬盘数据管理技术领域,特别涉及一种固态硬盘冷热数据分离方法。
背景技术
固态硬盘(Solid State Disk或Solid State Drive),也称作电子硬盘或者固态电子盘,是由控制单元和固态存储单元(DRAM或FLASH芯片)组成的硬盘。
固态硬盘的存储介质分为两种,一种是采用闪存(FLASH芯片)作为存储介质,另外一种是采用DRAM作为存储介质,本发明针对的是基于闪存(FLASH芯片)作为存储介质的固态硬盘冷热数据分离。
闪存由一个一个存储数据的单元组成,每个存储单元叫做block/块。以一块普通的128G固态硬盘为例,一个存储单元大概是8M左右,那么这张盘总共有128G/8M=16384个block。假设往盘里面拷一张8M左右的图片,那么正好将一个空的block0写满,此时block0中的数据都是有效数据。
假设将这张图片用修图工具来稍微修理一下,但是保持大小还是在8M左右,然后再将这张图片存到固态硬盘里面,那么正好也填满一个block1。由于这两次存放的图片的内容都差不多,那么block0与block1里面有些数据是相同的。由于固态硬盘在管理数据的时候对于同一逻辑地址的数据只会将最新的数据映射到映射表里面,因此造成block0里面那部分与block1相同的逻辑地址的数据没有被映射到映射表里面,而成为无效数据,但是block0里面还有一部分数据是有效数据(除无效数据之外的数据)。
假设这张128G的盘使用了很久,里面存了很多数据,所剩的block已经不多了,接下来如果还想存数据的话就需要将其中一些block里面的数据给擦除掉,但是里面还有一部分有效数据需要另作处理,不能被擦除,这就引入了GC(Garbage Collection 垃圾回收,是一种回收有效数据的机制)。
垃圾回收过程主要依靠垃圾回收模块完成,垃圾回收模块是固态硬盘控制系统里面的固有模块,其工作原理是将待回收块中的有效数据部分搬移到其它块上。以回收block0为例,假设将block0里面的有效数据搬移到block5上面,这个时候block0里面的数据全部都成为无效数据。接下来就可以擦除block0,然后就可以再次使用block0来存放数据。
假设继续往固态硬盘里面存放大量的图片,那么接下来如果需要对block5进行回收,由于block5里面有一部分有效数据是从block0里面搬移过来的,那么这部分有效数据将又会被搬移到其他block上面。如此周而复始的回收block,那么将有一部分数据被搬移很多次,就像block0里面的有效数据一样。这样会造成block不断的擦写和编程,降低block的利用率。
由于固态硬盘里面block的擦除和编程次数是有限的,并不是无限次的擦除和编程,当超过block的擦除与编程的次数之后,再往block里面存放数据就有可能造成数据错误。因此,在使用block的过程中应尽可能的减少block的编程与擦除次数,以此来提高block的使用寿命,也就是提高固态硬盘的使用寿命。
为了提高固态硬盘的利用率和使用寿命,现有的做法是将固态硬盘里面经常更新的数据与不常更新的数据区分开来,其中不常被更新的数据叫做冷数据,经常被更新数据叫做热数据,其中冷数据放在冷数据块里面,热数据放在热数据块里面,对冷热数据进行单独的管理,以减少固态硬盘对不常更新的冷数据的搬移次数,提高固态硬盘的利用率和使用寿命
目前,将冷热数据分开进行管理的前提是将冷热数据分离开来,将冷数据存放在冷数据块内、热数据存放在热数据块内。现有的固态硬盘冷热数据分离方法是设定一个时间间隔,并将该时间间隔内的数据缓存在一个缓存空间内,最后判断该缓存空间内的数据在该时间间隔内是否经常被更新,经常被更新的数据就将其放到热数据块里面,不经常更新的数据就将其放到冷数据块里面。
现有冷热数据分离方法具有以下缺点:
第一,分离过程为一个独立的过程,需要特定的执行时间(设定的时间间隔)。
第二,需要使用较大的缓存空间来缓存时间间隔内的数据,等时间间隔到了之后再将这些数据分别写到冷数据块和热数据块里面,额外增加了固态硬盘的负担。
第三,时间间隔设置值不好把控:如果设置的时间间隔过长可能造成缓存空间不够用的情况;如果设置的时间间隔太短了,又可能不能有效地区分出冷热数据,不能提高固态硬盘的利用率和寿命。
发明内容
现有的固态硬盘冷热数据分离过程为一个独立的过程,需要特定的执行时间,同时分离过程中需要较大的缓存空间,时间间隔设置值不好把控。本发明的目的在于,针对上述现有技术的不足,提供一种固态硬盘冷热数据分离方法,将冷热数据分离过程和垃圾回收过程糅合在一起,在垃圾回收模块回收垃圾的同时即进行冷热数据分离,不需特定的执行时间、不需要设定时间间隔,也不需要较大的缓存空间,费时短,效率高,提高了固态硬盘的利用率和寿命。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:
一种固态硬盘冷热数据分离方法,由主机写入的数据写到热数据块里面;还包括以下步骤:
步骤A,垃圾回收模块根据闪存中当前已使用block数量占总block数量的百分比决定是否发起回收操作,若已使用block数量占总block数量的百分比超过第一预设阈值,则垃圾回收模块发起回收操作。
步骤B,垃圾回收模块识别闪存中任意一个已被写满的block中的有效数据量,若该有效数据量占该被写满block的百分比低于第二预设阈值,则将该被写满的block挂到垃圾回收模块的回收链表里面,同时锁住该被写满的block上的有效数据。
步骤C,垃圾回收模块提取回收链表里面block中的有效数据,然后将提取出的有效数据写到冷数据块里,最后将回收完成的block擦除。
步骤D,垃圾回收模块将写到冷数据块里的有效数据进行解锁。
步骤E,重复步骤B、C和D,直至垃圾回收模块将闪存中所有被写满的block回收完成。
借由上述方法,直接在垃圾回收的过程中进行冷热数据分离,其中步骤B中锁住有效数据的目的是为了防止在回收block的时候出现有效数据被更新的情况。对于某一个特定的block而言,由于该block中的有效数据相对于无效数据更新次数较少,因而垃圾回收时直接将有效数据搬移到冷数据块里面针对性更强,可以减少数据搬移次数,经过多次回收以后,可以很好地将冷热数据分离开来。由于垃圾回收是固态硬盘固有的功能,本发明将冷热数据分离过程和垃圾回收过程糅合在一起,在垃圾回收模块回收垃圾的同时进行冷热数据分离,因而省去了设置专门的时间间隔来执行冷热数据分离过程,因此冷热数据分离不需特定的执行时间、不需要设定冷热数据分离时间间隔,也不需要较大的缓存空间,费时短,效率高,提高了固态硬盘的利用率和寿命。
作为一种优选方式,所述第一预设阈值为1%~3%。
作为一种优选方式,所述第二预设阈值为15%~25%。
第一预设阈值与第二预设阈值根据现有垃圾回收过程中的执行标准确定,第一预设阈值与第二预设阈值越大,对block擦除编程次数越多,block使用寿命越短,固态硬盘可用容量相对越大;第一预设阈值与第二预设阈值越小,对block擦除编程次数越少,block使用寿命越长,固态硬盘可用容量相对越小。第一预设阈值与第二预设阈值的大小由block使用寿命和固态硬盘可用容量需求折中决定。
与现有技术相比,本发明将冷热数据分离过程和垃圾回收过程糅合在一起,在垃圾回收模块回收垃圾的同时进行冷热数据分离,省去了设置专门的时间间隔来执行冷热数据分离过程,冷热数据分离不需特定的执行时间、不需要设定冷热数据分离时间间隔,也不需要较大的缓存空间,费时短,效率高,提高了固态硬盘的利用率和寿命。
附图说明
图1为固态硬盘冷热数据分离系统框架图。
图2为本发明固态硬盘冷热数据分离方法流程图。
其中,1为主机,2为固态硬盘,3为垃圾回收模块,4为闪存。
具体实施方式
如图1所示,固态硬盘冷热数据分离系统框架图与现有技术中的固态硬盘垃圾回收系统框架图一致。固态硬盘2包括闪存4和垃圾回收模块3,其中闪存4与主机1相连,垃圾回收模块3与闪存4相连。
下面结合图2说明本发明固态硬盘冷热数据分离方法,首先主机1将数据写入固态硬盘2中的闪存4,再启动垃圾回收检查,依次执行以下步骤:
步骤A,垃圾回收模块3根据闪存4中当前已使用block数量占总block数量的百分比决定是否发起回收操作,若已使用block数量占总block数量的百分比超过第一预设阈值,则垃圾回收模块3发起回收操作。
步骤B,垃圾回收模块3识别闪存4中任意一个已被写满的block中的有效数据量,若该有效数据量占该被写满block的百分比低于第二预设阈值,则将该被写满的block挂到垃圾回收模块3的回收链表里面,同时锁住该被写满的block上的有效数据。
步骤C,垃圾回收模块3提取回收链表里面block中的有效数据,然后将提取出的有效数据写到冷数据块里,最后将回收完成的block擦除。
步骤D,垃圾回收模块3将写到冷数据块里的有效数据进行解锁。
步骤E,重复步骤B、C和D,直至垃圾回收模块3将闪存4中所有被写满的block回收完成。
所述第一预设阈值为2%。
所述第二预设阈值为20%。
本发明的技术原理是垃圾回收模块3在检查到一个block可以被回收之后,就发起该block的回收操作,然后由垃圾回收模块3将待回收block里面的有效数据搬移到冷数据块里面,而由主机1写入的数据写到热数据块里面。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是局限性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可做出很多形式,这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种固态硬盘冷热数据分离方法,其特征在于,由主机(1)写入的数据写到热数据块里面;还包括以下步骤:
步骤A,垃圾回收模块(3)根据闪存(4)中当前已使用block数量占总block数量的百分比决定是否发起回收操作,若已使用block数量占总block数量的百分比超过第一预设阈值,则垃圾回收模块(3)发起回收操作;
步骤B,垃圾回收模块(3)识别闪存(4)中任意一个已被写满的block中的有效数据量,若该有效数据量占该已被写满block的百分比低于第二预设阈值,则将该被写满的block挂到垃圾回收模块(3)的回收链表里面,同时锁住该被写满的block上的有效数据;
步骤C,垃圾回收模块(3)提取回收链表里面block中的有效数据,然后将提取出的有效数据写到冷数据块里,最后将回收完成的block擦除;
步骤D,垃圾回收模块(3)将写到冷数据块里的有效数据进行解锁;
步骤E,重复步骤B、C和D,直至垃圾回收模块(3)将闪存(4)中所有被写满的block回收完成。
2.如权利要求1所述的固态硬盘冷热数据分离方法,其特征在于,所述第一预设阈值为1%~3%。
3.如权利要求1或2所述的固态硬盘冷热数据分离方法,其特征在于,所述第二预设阈值为15%~25%。
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