CN106775492A - 一种固态硬盘中写入数据的方法和存储系统 - Google Patents

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Abstract

一种存储系统，存储系统包括主机、多流接口和固态硬盘。主机用于创建流，并为流分配全局唯一的标识ID；根据数据的更新特征将数据拆分并放入不同的流；将所述流发送给所述多流接口。多流接口用于根据所述流的ID将所述流中的数据写入固态硬盘中的预定位置。主机根据数据的更新特征把数据拆分放入不同的流，并且把流中的数据写入固态硬盘中的预定位置，使得相同更新特征的数据写入固态硬盘中的相同位置，可以减少固态硬盘的擦除次数，提高固态硬盘的使用寿命。

Description

一种固态硬盘中写入数据的方法和存储系统
技术领域
本申请涉及存储技术领域，尤其涉及一种固态硬盘上存储数据的方法和存储系统。
背景技术
固态硬盘(solid-state drives，SSD)相对传统的机械磁盘，具有低功耗，高性能等优点。近年来，随着SSD容量的增加和成本的下降，已经被广泛应用到了存储系统中。但是由于SSD盘的flash介质不能直接支持覆盖写，必须以块块(block)为单位擦除后才能进行写操作，擦除前需要把有效的数据搬移到其他可用flash的介质上。
而SSD盘中的flash的介质的可擦除次数是有限制的，当擦除达到一定数量的时候，flash的介质将不再可用。而块中包含的数据随着技术的发展还有增多的趋势，因此SSD的使用寿命缩短，使用成本提高。
为了提高SSD的使用寿命，减少SSD中flash的介质的擦除次数，考虑对写入SSD中的数据进行分类，目前有将数据根据访问频率分为热数据和冷数据来分开存储。但是此方法需要跟踪数据的热度的变化，需要增加时间戳，并且在某些特定场景(例如基于日志的文件系统，log-structured file system)下该方法并不能适用。
发明内容
本申请提供一种存储系统和数据写入方法，根据数据的更新特征将数据拆分放入不同的流中，并把不同流中的数据写入固态硬盘的不同块中，使得同一块中数据的更新特征接近，更新频率低的数据，相应的固态硬盘的块的擦除次数大大减少，提高了固态硬盘的使用寿命。
第一方面，提供一种存储系统，存储系统包括主机、多流接口和固态硬盘。主机用于创建流，并为流分配全局唯一的标识ID；根据数据的更新特征将数据拆分并放入不同的流；将所述流发送给所述多流接口。多流接口用于根据所述流的ID将所述流中的数据写入固态硬盘中的预定位置。
主机根据数据的更新特征把数据拆分放入不同的流，并且把流中的数据写入固态硬盘中的预定位置，使得相同更新特征的数据写入固态硬盘中的相同位置，可以减少固态硬盘的擦除次数，提高固态硬盘的使用寿命。
在一种可能的设计中，多流接口为所述固态硬盘的接口。多流接口确保相同更新特征的数据可以写入固态硬盘中的相同位置。
在一种可能的设计中，主机用于根据数据的特征将数据拆分并放入不同的流具体为主机用于根据数据的特征将数据拆分为数据部份和元数据部份，将数据部份放入第一流中，将元数据部份放入第二流中；或者主机用于根据数据的特征将数据拆分为数据条带数据和检验条带数据，将数据条带数据放入第一流中，将检验条带数据放入第二流中。
对于数据中更新频率相同的数据需要识别，而且在实际使用中，也不可能把数据拆分的太细影响系统的写入性能，数据和元数据，数据条带和检验条带在识别和拆分上也容易实现。
在一种可能的实现中，主机用于创建流具体为主机用于与多流接口协商确定创建的流的数量，根据所述数量创建流。
同一流中的数据需要写入固态硬盘中的同一块(block)中，因此需要与多流接口协商确定创建的流的数量。
在一种可能的实现中，多流接口用于根据流的ID将流中的数据写入固态硬盘中的预定位置具体为：多流接口用于根据流的ID将同一流中的数据写入固态硬盘同一块中。
在固态硬盘中，是以页作为读和写的单位，但是在进行数据擦除时，是以块为单位。因此，只要确保块中的数据的更新频率相同即可减少擦除次数，提高固态硬盘的使用寿命。
第二方面，提供一种往存储系统中固态硬盘写入数据的方法，存储系统包括主机、多流接口和固态硬盘，方法包括：主机创建流，并为流分配全局唯一的标识ID；主机根据数据的更新特征将数据拆分并放入不同的流；将流发送给多流接口；多流接口根据流的ID将流中的数据写入固态硬盘中的预定位置。
在一种可能的设计中，主机根据数据的特征将数据拆分并放入不同的流具体为：主机根据数据的特征将数据拆分为数据部份和元数据部份，将数据部份放入第一流中，将元数据部份放入第二流中；或者主机根据数据的特征将数据拆分为数据条带数据和检验条带数据，将数据条带数据放入第一流中，将检验条带数据放入第二流中。
在一种可能的设计中，主机创建流具体为：主机与多流接口协商确定创建的流的数量，根据该数量创建流。
在一种可能的设计中，多流接口根据流的ID将流中的数据写入固态硬盘中的预定位置具体为：多流接口根据流的ID将同一流中的数据写入固态硬盘同一个块中。
第三方面，提供一种存储系统中的主机，该主机包括处理器，通信总线、存储器和通信接口，处理器用于执行上述的数据写入方法，在此不再另行说明。
另外，第二方面和第三方面中任一种设计方式所带来的技术效果可参见第一方面中不同设计方式所带来的技术效果，此处不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明存储系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的往固态硬盘中写入数据的方法流程示意图；
图3为本发明实施例提供的存储系统中主机的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种固态硬盘(solid-state drives，SSD)中写入数据的方法和存储系统，可以提高SSD的使用寿命，降低成本。本发明实施例中提供的存储系统的架构图如附图1所示。存储系统中包括固态硬盘11，多流接口12以及主机13。
主机13中包含应用131和处理器132在本发明实施例中，主机13中的处理器132用于创建流(stream)，并为流分配全局唯一的标识ID。
全局唯一的标识ID可以为数字或者字母，在本发明实施例中不做限定。只要区别所述流即可。
处理器创建流的数量需要与多流接口协商确定。在本发明实施例中，同一流中的数据需要写入固态硬盘中的同一块(block)中，因此需要与多流接口协商确定创建的流的数量。另外，处理器根据数据的更新特征来拆分数据也不适合分的过多，给主机造成过大的负担，因此建议不要创建过多的流。
另外，处理器还可以保留一条流或者几条流作为备用，当产生新类型的数据时可以放入保留的流中。
主机13中的处理器132还用于根据数据的更新特征将数据拆分并放入不同的流；并将流发送给多流接口。
要实现固态硬盘中不同更新特征的数据放入不同的块中，主机就需要将应用的数据中更新特征不同的数据区分出来。
发明人在发明过程中发现，存储系统中为了方便访问数据，一般都把数据用Btree的方式组织起来，每更新一个数据块，其对于Btree的叶子节点、中间节点和根节点都需要更新。也就是说在存储系统中，元数据的更新频率大于数据的更新频率。因此，在本发明实施例中，主机13中的处理器132还用于将数据拆分为数据部份和元数据，将数据部份和元数据部份放入不同的流中，例如，放入第一流中，将元数据部份放入第二流中。
发明人在发明过程中发现，为了提高数据的可靠性，多个数据条带(strip)组成一个条带(stripe)，并计算出一个或多个校验条带，每次更新一个数据条带，其所在条带的所有校验条带都要更新。即在一个条带中，检验条带数据的更新频率大于数据条带数据。因此，在本发明实施例中，主机13中的处理器132还用于将数据拆分为数据条带数据和检验条带数据，将数据条带数据和检验条带数据放入不同的流中。例如，将数据条带数据放入第一流中，将检验条带数据放入第二流中。
如附图1中所示，处理器将应用中的数据拆分为数据1、数据2、数据3等等更新特征不同的数据。其中，数据1和数据3的更新频率相同。数据2、数据7和数据9的更新频率相同。处理器将数据1放入流1中，将数据3也放入流1中。处理器将数据2放入流2中；当拆分出的数据7和数据9的更新步骤与数据2的更新频率相同，将数据7和数据9放入流2中。
多流接口12用于根据所述流的ID将所述流中的数据写入所述固态硬盘中的预定位置。
多流接口12可以是固态硬盘的接口，也可以位于固态硬盘闪存阵列的控制器中。主机与多流接口协商创建的流的数量之后，多流接口需要保存流及对应的ID，并为每个流分配固态硬盘中的块，记录每个流及块的对应关系。
多流接口12接收到流之后，根据流的ID，将流中的数据写入固态硬盘中的预定块中。多流接口12将数据写入固态硬盘中时，与现有的技术写入的方法相同，是按块中的页为单位写入的，在此实施例中不再另行说明。与现有实现方法不相同的是，在往固态硬盘中写入数据时，要将一个流中的数据写入一个块中。
本发明实施例中提出将数据按更新特征拆分，将变动频率相近的数据写入固态硬盘的一个块中，这样对于变动频率低的数据所在的块flash介质的擦除次数就会大大的减少，提升flash的介质的使用寿命。
固态硬盘11中包含闪存转换层(flash translation layer,FTL)和闪存阵列(NAND Flash memory)，闪存阵列中包含多个块(block),每个块中包括多个页(page)。在本发明实施例中，一个流中的数据的更新特征相同或相近，因此，将一个流中的数据放入一个块中。如附图1所示，多流接口将流1中的数据1和数据3放入一个块中。因此固态硬盘中数据定入是按页来写入的，因此数据1和数据3在同一个块中的不同页中。类似的，数据2、数据7和数据9在同一个块中的不同页中。这样固态硬盘中一个块的数据的变动频率相同或者相近，减少了擦除次数，提高了固态硬盘的使用寿命。本发明实施例提供一种往存储系统中固态硬盘中写入数据的方法，存储系统包括主机、多流接口和固态硬盘，如附图2所示。方法包括以下步骤：
步骤201：主机创建流，并为流分配全局唯一的标识ID。
处理器创建流的数量需要与多流接口协商确定。在本发明实施例中，同一流中的数据需要写入固态硬盘中的同一块(block)中，因此需要与多流接口协商确定创建的流的数量。
步骤203：主机根据数据的更新特征将数据拆分并放入不同的流；并将将流发送给所述多流接口。
在本发明实施例中，主机将数据拆分为数据部份和元数据，将数据部份和元数据部份放入不同的流中，例如，放入第一流中，将元数据部份放入第二流中。
可选的，主机将数据拆分为数据条带数据和检验条带数据，将数据条带数据和检验条带数据放入不同的流中。例如，将数据条带数据放入第一流中，将检验条带数据放入第二流中。
步骤205：多流接口根据流的ID将流中的数据写入固态硬盘中的预定位置。
多流接口需要保存流及对应的ID，并为每个流分配固态硬盘中的块，记录每个流及块的对应关系。
多流接口12接收到流之后，根据流的ID，将流中的数据写入固态硬盘中的预定块中。
本发明实施例中提出将数据按更新特征拆分，将变动频率相近的数据写入固态硬盘的一个块中，这样对于变动频率低的数据所在的块flash介质的擦除次数就会大大的减少，提升flash的介质的使用寿命。
本发明实施例方法中的一些实现细节，已经在系统部份进行了详细的说明，在方法部份不再另行说明。
结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，本申请能够以硬件或硬件和计算机软件的结合形式来实现。某个功能究竟以硬件还是计算机软件驱动硬件的方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
如附图3所示，为本申请实施例提供的一种主机的硬件结构示意图，该主机300包括至少一个处理器301，通信总线302，存储器303以及至少一个通信接口304。
处理器301可以是一个通用中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，微处理器，特定应用集成电路(Application-Specific Integrated Circuit，ASIC)，或一个或多个用于控制本申请方案程序执行的集成电路。
通信总线302可包括一通路，在上述组件之间传送信息。
通信接口304，使用任何收发器一类的装置，用于与其他设备或通信网络通信，如以太网，无线接入网(Radio Access Network，RAN)，无线局域网(WirelessLocal AreaNetworks，WLAN)等。
存储器303可以是只读存储器(Read-Only Memory，ROM)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器(ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。存储器可以是独立存在，通过总线与处理器相连接。存储器也可以和处理器集成在一起。
其中，存储器303用于存储执行本申请方案的应用程序代码，并由处理器301来控制执行。处理器301用于执行存储器33中存储的应用程序代码，从而实现上述实施例中所述的往固态硬盘中写入数据的方法。
在具体实现中，作为一种实施例，处理器301可以包括一个或多个CPU，例如图3中的CPU0和CPU1。
在具体实现中，作为一种实施例，主机300可以包括多个处理器，例如图3中的处理器301和处理器308。这些处理器中的每一个可以是一个单核(single-CPU)处理器，也可以是一个多核(multi-CPU)处理器。这里的处理器可以指一个或多个设备、电路、和/或用于处理数据(例如计算机程序指令)的处理核。
在具体实现中，作为一种实施例，主机300还可以包括输出设备305和输入设备306。输出设备305和处理器301通信，可以以多种方式来显示信息。例如，输出设备305可以是液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD),发光二级管(Light Emitting Diode，LED)显示设备，阴极射线管(Cathode Ray Tube，CRT)显示设备，或投影仪(projector)等。输入设备306和处理器301通信，可以以多种方式接受用户的输入。例如，输入设备806可以是鼠标、键盘、触摸屏设备或传感设备等。
上述的主机300可以是一个通用服务器或者是一个专用服务器。在具体实现中，主机300可以是台式机、便携式电脑、网络服务器、掌上电脑(PersonalDigital Assistant，PDA)、移动手机、平板电脑、无线终端设备、通信设备、嵌入式设备或有图3中类似结构的设备。本申请实施例不限定主机300的类型。
由于本申请实施例提供的主机可用于执行上述在多CPU系统中分配资源的方法，因此其所能获得的技术效果可参考上述方法实施例，本申请实施例在此不再赘述。
本申请实施例还提供了一种计算机存储介质，用于储存为上述主机所用的计算机软件指令，其包含用于执行上述方法实施例所设计的程序。通过执行存储的程序，可以在多CPU系统中实现资源分配的方法。
本申请实施例还提供了一种计算机程序，该计算机程序包括指令，当该计算机程序被计算机执行时，使得计算机可以执行上述方法实施例的流程。
尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置(设备)、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。计算机程序存储/分布在合适的介质中，与其它硬件一起提供或作为硬件的一部分，也可以采用其他分布形式，如通过Internet或其它有线或无线电信系统。
本申请是参照本申请实施例的方法、装置(设备)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管结合具体特征及其实施例对本申请进行了描述，显而易见的，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本申请的示例性说明，且视为已覆盖本申请范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种的存储系统，其特征在于，所述存储系统包括：主机、多流接口和固态硬盘；
所述主机用于：
创建流，并为流分配全局唯一的标识ID；
根据数据的更新特征将数据拆分并放入不同的流；
将所述流发送给所述多流接口；
所述多流接口用于：
根据所述流的ID将所述流中的数据写入所述固态硬盘中的预定位置。
2.根据权利要求2所述的存储系统，其特征在于，所述多流接口为所述固态硬盘的接口。
3.根据权利要求1或2所述的存储系统，其特征在于，
所述主机用于根据数据的特征将数据拆分并放入不同的流具体为：
所述主机用于根据数据的特征将数据拆分为数据部份和元数据部份，将数据部份放入第一流中，将元数据部份放入第二流中；或者
所述主机用于根据数据的特征将数据拆分为数据条带数据和检验条带数据，将数据条带数据放入第一流中，将检验条带数据放入第二流中。
4.根据权利要求1-3任一所述的存储系统，其特征在于，
所述主机用于创建流具体为：
所述主机用于与所述多流接口协商确定创建的流的数量，根据所述数量创建流。
5.根据权利要求1-4任一所述的存储系统，其特征在于，所述多流接口用于根据所述流的ID将所述流中的数据写入所述固态硬盘中的预定位置具体为：所述多流接口用于根据所述流的ID将同一流中的数据写入固态硬盘同一块中。
6.一种往存储系统中固态硬盘写入数据的方法，其特征在于，所述存储系统包括主机、多流接口和固态硬盘，所述方法包括：
主机创建流，并为流分配全局唯一的标识ID；
所述主机根据数据的更新特征将数据拆分并放入不同的流；将所述流发送给所述多流接口；
所述多流接口根据所述流的ID将所述流中的数据写入所述固态硬盘中的预定位置。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述主机根据数据的特征将数据拆分并放入不同的流具体为：
所述主机根据数据的特征将数据拆分为数据部份和元数据部份，将数据部份放入第一流中，将元数据部份放入第二流中；或者
所述主机根据数据的特征将数据拆分为数据条带数据和检验条带数据，将数据条带数据放入第一流中，将检验条带数据放入第二流中。
8.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述主机创建流具体为：
所述主机与所述多流接口协商确定创建的流的数量，根据所述数量创建流。
9.根据权利要求6-8任一所述的方法，其特征在于，所述多流接口根据所述流的ID将所述流中的数据写入所述固态硬盘中的预定位置具体为：所述多流接口根据所述流的ID将同一流中的数据写入固态硬盘同一个块中。
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