CN106681935A - 一种固态硬盘垃圾回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固态硬盘垃圾回收方法，属于计算机闪存存储技术领域，具体方法为，S1、包括三个阶段，触发垃圾回收、迁移有效数据和擦除原物理块；S2、第一类回收情况，设定物理块有效数据占比阈值以及有效数据过少的物理块个数的阈值，当包含有效数据过低的物理块的个数阈值时，延时触发垃圾回收；S3、第二类回收情况，设定可用空间阈值，低于阈值时，立即触发垃圾回收；S4、第一类回收情况发生时，物理块中的无效数据删除，将有效数据写入到擦除次数较多的物理块中；S5、第二类回收情况发生时，将有效数据写到擦除次数少的物理块中；S6、对物理块进行擦除。本发明区分冷数据和热数据，促进磨损均衡，分散操作回收，提升固态硬盘整体性能。
Description
技术领域
本发明涉及计算机闪存存储技术领域，具体地说是一种固态硬盘垃圾回收方法。
背景技术
固态硬盘作为新一代存储广泛应用在各种计算设备中。固态硬盘的存储介质分为两种，其中一种是采用闪存作为存储介质。基于闪存的固态硬盘包括IDE(IntegratedDevelopment Environment，集成开发环境)闪存硬盘和SATA闪存硬盘等。基于闪存的固态硬盘可以被制作成笔记本硬盘、微硬盘、存储卡和U盘(Universal Serial Bus FlashDisk，通用串行总线闪存盘)等样式。这种固态硬盘最大的优点是可以移动，且数据保存不受电源限制，能适用于各种环境，适合个人用户使用。NAND闪存具有存储容量大、体积小、成本低、抗振动和功耗低等优点，被广泛应用于嵌入式存储系统和高性能企业级存储系统。NAND闪存是U盘、SD(Secure Digital，安全数码)存储卡和固态硬盘等存储设备的核心存储器件。
由于目前NAND闪存的数据总线为8bit，最大能提供25MB/s的读速度和3MB/s的写速度。显然，如果固态硬盘仅能提供这样的读写速度，则用户是无法接受的。因此，目前SSD控制器普遍采用多个通道同时并行操作多片Flash的方式，例如RAID0，从而使读写速度得到了极大的提高。SSD控制器控制m×n个Flash，其中m表示Flash通道个数，n表示Flash通道对应的Flash芯片个数。
由于Nand Flash的物理特性，重写物理页时需要先将物理页所在的Block擦除，而擦除操作非常耗时。出于效率的考虑，用户写同一逻辑地址时，固态硬盘实际将其写入不同物理地址，这就造成了原地址上存在无效数据的情况，需要进行垃圾回收以提高空间利用率。
当前的固态硬盘一般以可用空间低于阈值作为垃圾回收的触发时机。存在的弊端如下：
固态硬盘使用之初，可用空间很多，不会触发垃圾回收，在极端情况下，一个物理块中全部是无效数据，还是没有对其进行回收利用；
固态硬盘可用空间低于阈值时，如果用户写操作频繁，会频繁触发垃圾回收，垃圾回收操作中包含的擦除操作，数据迁移操作，会严重降低用户读写性能；
由可用空间阈值触发的垃圾回收没有区分迁移的数据是冷数据还是热数据，对固态硬盘的磨损均衡不利。
发明内容
本发明的技术任务是提供一种固态硬盘垃圾回收方法。
本发明的技术任务是按以下方式实现的，
一种固态硬盘垃圾回收方法，具体方法如下：
S1、包括三个阶段，触发垃圾回收、迁移有效数据和擦除原物理块；
S2、第一类回收情况，设定物理块有效数据占比阈值以及有效数据过少的物理块个数的阈值，当包含有效数据过低的物理块的个数阈值时，延时触发垃圾回收；
S3、第二类回收情况，设定可用空间阈值，当固态硬盘的可用空间低于阈值时，立即触发垃圾回收；
S4、第一类回收情况发生时，物理块中的无效数据删除，有效数据在延时一定时间后依旧存在，将有效数据写入到擦除次数较多的物理块中；
S5、第二类回收情况发生时，将有效数据写到擦除次数少的物理块中；
S6、对物理块进行擦除处理得到空白数据块。
2、根据权利要求1所述的一种固态硬盘垃圾回收方法，其特征在于，所述的S4中，所述的有效数据被判断为冷数据；冷数据将被写入擦除次数较多的物理块中。
进一步的，优选的方法为，所述的S4中，所述的有效数据被无法判断为冷数据还是热数据；当无法判断为冷数据还是热数据时，有效数据将被写入擦除次数较少的物理块中。
进一步的，优选的方法为，具体步骤如下：
S1、固态硬盘垃圾清理工作开始；
S2、设定可用空间阈值、物理块有效数据占比阈值和有效数据过少的物理块个数的阈值；
S3、记录可用空间和物理块有效数据占比的变动；
S4、全盘可用空间是否低于阈值G；
S5、是，将有效数据迁移至擦除次数较少的物理块，然后，将当前物理块进行擦除处理得到空白数据块；
S6、否，将有效数据占比低于阈值R的物理块个数是否超过阈值H；
S7、是，无效数据删除，有效数据在延时一定时间后依旧存在，将有效数据写入擦除次数较多的物理块；然后，将当前物理块进行擦除处理得到空白数据块；
S8、否，结束。
进一步的，优选的方法为，所述的S7和S5中，所述的空白数据块进入下一个固态硬盘垃圾回收循环。
一种固态硬盘控制系统，其特征在于，包括：
触发垃圾回收模块，用于记录可用空间和物理块有效数据占比的变动情况，并与可用空间阈值、有效数据过少的物理块个数的阈值和物理块有效数据占比阈值进行比较，并将数据传输至迁移有效数据模块；
迁移有效数据模块，用于冷数据和热数据的判断，判断为冷数据的，冷数据将被写入擦除次数较多的物理块中；并将当无法判断为冷数据还是热数据时，有效数据将被写入擦除次数较少的物理块中；
擦除原物理块模块，用于将当前物理块进行擦除处理得到空白数据块。
进一步的，优选的结构为，所述的触发垃圾回收模块，用于设定可用空间阈值G、物理块有效数据占比阈值R和有效数据过少的物理块个数阈值H。
一种固态硬盘垃圾处理系统，其特征在于，包括固态硬盘和固态硬盘控制系统，其中，固态硬盘控制系统对所述的固态硬盘进行垃圾回收处理。
本发明的一种固态硬盘垃圾回收方法和现有技术相比，有益效果如下：
1、提高空间利用率；
2、回收策略科学，多种方式触发垃圾回收，将垃圾回收分散操作；
3、降低对用户读写的影响；
4、根据触发方式的不同将有效数据写到擦除次数不同的物理块，提高回收效率；
5、区分冷数据和热数据，促进磨损均衡，提升固态硬盘整体性能。
附图说明
附图１为一种固态硬盘垃圾回收方法的流程示意图。
具体实施方式
实施例1：
一种固态硬盘垃圾回收方法，具体方法如下：
S1、包括三个阶段，触发垃圾回收、迁移有效数据和擦除原物理块；
S2、第一类回收情况，设定物理块有效数据占比阈值以及有效数据过少的物理块个数的阈值，当包含有效数据过低的物理块的个数阈值时，延时触发垃圾回收；
S3、第二类回收情况，设定可用空间阈值，当固态硬盘的可用空间低于阈值时，立即触发垃圾回收；
S4、第一类回收情况发生时，物理块中的无效数据删除，有效数据在延时一定时间后依旧存在，将有效数据写入到擦除次数较多的物理块中；
S5、第二类回收情况发生时，将有效数据写到擦除次数少的物理块中；
S6、对物理块进行擦除处理得到空白数据块。
2、根据权利要求1所述的一种固态硬盘垃圾回收方法，其特征在于，所述的S4中，所述的有效数据被判断为冷数据；冷数据将被写入擦除次数较多的物理块中。
进一步的，优选的方法为，所述的S4中，所述的有效数据被无法判断为冷数据还是热数据；当无法判断为冷数据还是热数据时，有效数据将被写入擦除次数较少的物理块中。
进一步的，优选的方法为，具体步骤如下：
S1、固态硬盘垃圾清理工作开始；
S2、设定可用空间阈值、物理块有效数据占比阈值和有效数据过少的物理块个数的阈值；
S3、记录可用空间和物理块有效数据占比的变动；
S4、全盘可用空间是否低于阈值G；
S5、是，将有效数据迁移至擦除次数较少的物理块，然后，将当前物理块进行擦除处理得到空白数据块；
S6、否，将有效数据占比低于阈值R的物理块个数是否超过阈值H；
S7、是，无效数据删除，有效数据在延时一定时间后依旧存在，将有效数据写入擦除次数较多的物理块；然后，将当前物理块进行擦除处理得到空白数据块；
S8、否，结束。
进一步的，优选的方法为，所述的S7和S5中，所述的空白数据块进入下一个固态硬盘垃圾回收循环。
一种固态硬盘控制系统，其特征在于，包括：
触发垃圾回收模块，用于记录可用空间和物理块有效数据占比的变动情况，并与可用空间阈值、有效数据过少的物理块个数的阈值和物理块有效数据占比阈值进行比较，并将数据传输至迁移有效数据模块；
迁移有效数据模块，用于冷数据和热数据的判断，判断为冷数据的，冷数据将被写入擦除次数较多的物理块中；并将当无法判断为冷数据还是热数据时，有效数据将被写入擦除次数较少的物理块中；
擦除原物理块模块，用于将当前物理块进行擦除处理得到空白数据块。
进一步的，优选的结构为，所述的触发垃圾回收模块，用于设定可用空间阈值G、物理块有效数据占比阈值R和有效数据过少的物理块个数阈值H。
一种固态硬盘垃圾处理系统，其特征在于，包括固态硬盘和固态硬盘控制系统，其中，固态硬盘控制系统对所述的固态硬盘进行垃圾回收处理。
本发明通过垃圾回收的触发，迁移有效数据和擦除原物理块三种流程完成了对固态硬盘垃圾的回收；其中，垃圾回收的触发，有效数据过少的物理块个数的阈值和物理块有效数据占比阈值，当包含有效数据过低的物理块的个数超过物理块个数阈值时，延时触发垃圾回收；设定可用空间阈值，当固态硬盘的可用空间低于阈值时，立即触发垃圾回收。迁移有效数据，当垃圾回收是延时触发的，物理块中的无效数据删除时，有效数据在延时一定时间后依旧存在，说明它们是冷数据的可能性很大，迁移数据时将其写入到擦除次数多的物理块中；
当垃圾回收是因为可用空间过少，立即触发的，这种情况下无法判断有效数据是冷数据还是热数据，将有效数据写到擦除次数少的物理块中。
擦除原物理块。擦除只能是“将无效数据所在的整个区域摧毁”，不能像机械硬盘那样实现“点对点精确定位打击”，因此必须先把区域内的有效数据集中起来，转移到空闲的位置，然后把“问题区域”整个清除，清除出来的地方可以作为下次垃圾回收时的转移地点。
本发明一种固态硬盘垃圾回收方法相比于固态硬盘使用之初，可用空间很多，不会触发垃圾回收，在极端情况下，一个物理块中全部是无效数据，还是没有对其进行回收利用；固态硬盘可用空间低于阈值时，如果用户写操作频繁，会频繁触发垃圾回收，垃圾回收操作中包含的擦除操作，数据迁移操作，会严重降低用户读写性能；由可用空间阈值触发的垃圾回收没有区分迁移的数据是冷数据还是热数据，对固态硬盘的磨损均衡不利等诸多问题；
本发明一种固态硬盘垃圾回收方法提高了空间利用率；回收策略科学，多种方式触发垃圾回收，将垃圾回收分散操作；降低了对用户读写的影响；根据触发方式的不同将有效数据写到擦除次数不同的物理块，提高了回收效率；区分冷数据和热数据，促进磨损均衡，提升了固态硬盘整体性能。
通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解，本发明并不限于上述的几种具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。
Claims (8)
1.一种固态硬盘垃圾回收方法，其特征在于，具体方法如下：
S1、包括三个阶段，触发垃圾回收、迁移有效数据和擦除原物理块；
S2、第一类回收情况，设定物理块有效数据占比阈值以及有效数据过少的物理块个数的阈值，当包含有效数据过低的物理块的个数阈值时，延时触发垃圾回收；
S3、第二类回收情况，设定可用空间阈值，当固态硬盘的可用空间低于阈值时，立即触发垃圾回收；
S4、第一类回收情况发生时，物理块中的无效数据删除，有效数据在延时一定时间后依旧存在，将有效数据写入到擦除次数较多的物理块中；
S5、第二类回收情况发生时，将有效数据写到擦除次数少的物理块中；
S6、对物理块进行擦除处理得到空白数据块。
2.根据权利要求1所述的一种固态硬盘垃圾回收方法，其特征在于，所述的S4中，所述的有效数据被判断为冷数据；冷数据将被写入擦除次数较多的物理块中。
3.根据权利要求1所述的一种固态硬盘垃圾回收方法，其特征在于，所述的S4中，所述的有效数据被无法判断为冷数据还是热数据；当无法判断为冷数据还是热数据时，有效数据将被写入擦除次数较少的物理块中。
4.根据权利要求1所述的一种固态硬盘垃圾回收方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1、固态硬盘垃圾清理工作开始；
S2、设定可用空间阈值、物理块有效数据占比阈值和有效数据过少的物理块个数的阈值；
S3、记录可用空间和物理块有效数据占比的变动；
S4、全盘可用空间是否低于阈值G；
S5、是，将有效数据迁移至擦除次数较少的物理块，然后，将当前物理块进行擦除处理得到空白数据块；
S6、否，将有效数据占比低于阈值R的物理块个数是否超过阈值H；
S7、是，无效数据删除，有效数据在延时一定时间后依旧存在，将有效数据写入擦除次数较多的物理块；然后，将当前物理块进行擦除处理得到空白数据块；
S8、否，结束。
5.根据权利要求4所述的一种固态硬盘垃圾回收方法，其特征在于，所述的S7和S5中，所述的空白数据块进入下一个固态硬盘垃圾回收循环。
6.一种固态硬盘控制系统，其特征在于，包括：
触发垃圾回收模块，用于记录可用空间和物理块有效数据占比的变动情况，并与可用空间阈值、有效数据过少的物理块个数的阈值和物理块有效数据占比阈值进行比较，并将数据传输至迁移有效数据模块；
迁移有效数据模块，用于冷数据和热数据的判断，判断为冷数据的，冷数据将被写入擦除次数较多的物理块中；并将当无法判断为冷数据还是热数据时，有效数据将被写入擦除次数较少的物理块中；
擦除原物理块模块，用于将当前物理块进行擦除处理得到空白数据块。
7.根据权利要求6所述的一种固态硬盘控制系统，其特征在于，所述的触发垃圾回收模块，用于设定可用空间阈值G、物理块有效数据占比阈值R和有效数据过少的物理块个数阈值H。
8.一种固态硬盘垃圾处理系统，其特征在于，包括固态硬盘和固态硬盘控制系统，其中，固态硬盘控制系统对所述的固态硬盘进行垃圾回收处理。
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