CN107368436A - 一种联合地址映射表的闪存冷热数据分离存储方法 - Google Patents

一种联合地址映射表的闪存冷热数据分离存储方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种联合闪存地址映射表的闪存冷热数据分离存储的方法，使用地址映射项检索模块接收及检索请求的逻辑页地址；命中的映射项移动到热缓存地址映射表首部；若热缓存地址映射表中的冷映射项命中，则进行冷热映射项转换，将热缓存地址映射表尾部的冷映射项移动到冷缓存地址映射表；若未在冷热缓存地址映射表找到需求映射项，则将冷缓存地址映射表尾部映射项淘汰，装载需求的映射项到热缓存地址映射表首部；若命中映射项在热缓存地址映射表中，则数据由热写入模块写入到闪存热数据区中；否则，数据由冷写入模块写入到闪存冷数据区中。本发明不需要记录所有逻辑页面的访问次数或访问频率，从而能够以较低空间开销进行闪存冷热数据分离存储。

Description

一种联合地址映射表的闪存冷热数据分离存储方法
技术领域
本发明涉及了计算机闪存存储技术领域，特别涉及一种在闪存存储系统中冷热数据分离存储的方法。
背景技术
闪存具有存取速度快、功耗低、集成度高和抗震能力好等优点。近年来随着闪存技术的发展，闪存介质价格下降，闪存被广泛运用在消费电子、企业级服务器和数据中心等领域。
但是，由于闪存只能进行异地更新操作，因此热数据页在被写后会在原物理块中形成无效数据页，需要对物理块进行垃圾回收才能重新使用这些无效数据页。若冷热数据混合存储，则闪存在进行垃圾回收时，被回收物理块内的有效数据页均为冷数据页。此时为了避免数据丢失，需要对被回收块内的冷数据页进行数据迁移工作才能擦除被回收块，而闪存单元的写入次数有限，因此大量的冷数据页迁移工作会影响闪存性能和寿命，而通过闪存冷热数据分离存储可以有效减少被回收块内冷数据页的个数，从而提高闪存垃圾回收效率，达到提高闪存性能和寿命的目的。
在当前的闪存冷热数据分离方法中，主要通过记录逻辑页的访问次数来判断冷热性质，这些方法需要大量空间记录每个逻辑页的访问频率，空间开销较大。因此，本发明通过联合闪存中的缓存地址映射表，以逻辑页面映射项的访问间隔为标准，对闪存冷热数据进行分离存储。
发明内容
本发明的目的是在于克服上述现有技术不足，提供一种联合地址映射表的闪存冷热数据分离存储方法，通过闪存缓存地址映射表中的映射信息，根据逻辑页面映射项的访问间隔，以低空间开销实现闪存中的冷热数据分离存储，进而提高闪存系统的性能和寿命。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明采取一种联合地址映射表的闪存冷热数据分离存储方法，方法的步骤包括：
步骤1：文件系统请求的逻辑页号，输入映射项检索模块。其中，映射项检索模块用于快速检索请求的映射项在缓存地址映射表中的位置；
步骤2：映射项检索模块根据写入的逻辑页号，在缓存地址映射表中查找对应的映射项。具体检索方法不限。
优选地，使用哈希表方法检索映射项，以便快速找到写入逻辑页号对应的映射项。
步骤3：闪存缓存地址映射表分为冷缓存地址映射表和热缓存地址映射表；热缓存地址映射表中的地址映射项分为冷映射项和热映射项，其中，热映射项的数量是固定的；热缓存地址映射表和冷缓存地址映射表中的映射项均以LRU链表形式组织。
步骤4：如果映射项检索模块检索到目标映射项在热缓存地址映射表中，且该映射项为冷映射项，则该冷映射项变为热映射项，同时，热缓存地址映射表中的最后一个热映射项变为冷映射项并将LRU链表尾部的冷映射项移动到冷缓存地址映射表中，直到LRU链表最后一个映射项是热映射项。
步骤5：如果映射项检索模块检索到目标映射项在热缓存地址映射表中，则该热映射项将被移动到热缓存地址映射表的LRU链表首部。
步骤6：如果映射项检索模块检索到目标映射项在冷缓存地址映射表中，则将其移动到热缓存地址映射表的LRU链表首部。
步骤7：如果未在冷缓存地址映射表和热缓存地址映射表中找到对应映射项，则将冷缓存地址映射表最后一个映射项淘汰，将需求的映射项装载进入热缓存地址映射表LRU链表的首部。
步骤8：闪存区域分为闪存热数据区和闪存冷数据区。其中，闪存热数据区存放热数据，闪存冷数据区存放冷数据。
步骤9：如果命中的映射项位于热缓存地址映射表中，则将数据交付给热写入模块，由热写入模块将数据写入到闪存热数据区中。
优选地，热写入模块获取一个当前正在被使用的热物理块，如果没有正在使用的热物理块或已有热物理块均已被写满，则向空闲物理块链表申请一个空闲物理块。
步骤10：如果命中的映射项位于冷缓存地址映射表中，则将数据交付给冷写入模块，由冷写入模块将数据写入到闪存冷数据区中。
优选地，冷写入模块获取一个当前正在被使用的冷物理块，如果没有正在使用的冷物理块或已有冷物理块均已被写满，则向空闲物理块链表申请一个空闲物理块。
本发明提供了一种联合地址映射表的闪存冷热数据分离存储方法，本发明不需要记录所有逻辑页面的访问次数或访问频率。根据闪存中缓存地址映射表的映射项访问间隔，将缓存地址映射表分为热地址映射表和冷地址映射表，其中，热缓存地址映射表中的映射项访问间隔较短，因此当使用热缓存地址映射表中的映射项进行写入时，将会把写入数据提交给热写入模块。同时，通过维持热缓存地址映射表的LRU链表最后一个映射项为热映射项，保证在热缓存地址映射表中的映射项均为最近才发生写入的冷映射项或是访问间隔较小的热映射项，从而保证在映射项被命中时，能够准确根据访问间隔分离冷热数据页。
附图说明
图1是本发明实施方案框架；
图2是本发明实施所述的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。实施例用于说明本发明方法，但不限制本发明的范围。
为了详细说明本发明实施例，本发明提供了一种闪存冷热数据分离框架如图1所示，包括：
模块1映射项检索模块，用于快速检索缓存映射表内的信息；
优选地，可使用哈希方式检索，亦可使用线性检索等方式。
模块2热缓存地址映射表，用于保存热映射项和最近访问的冷映射项，以LRU链表方式组织，每一个结点代表一个映射项，结点内是映射项对应的逻辑页号；
模块3冷缓存地址映射表，用于保存剩余的冷映射项，以LRU链表方式组织，每一个结点代表一个映射项，结点内是映射项对应的逻辑页号；
模块4热写入模块，用于维护闪存热数据区和为热数据区获取新的空闲闪存物理块；
模块5冷写入模块，用于维护闪存冷数据区和为冷数据区获取新的空闲闪存物理块。
本发明的核心是利用缓存地址映射表中的映射项记录的逻辑页面信息，根据页面访问间隔的区分闪存中的冷热数据，从而实现闪存冷热数据分离存储。
图2是实施流程，具体实施方案包括：
步骤1：将文件系统给出的请求写入的逻辑页号，输入映射项检索模块；
步骤2：映射项检索模块，根据请求写入的逻辑页号，在缓存地址映射表中查找对应的映射项。
优选地，在缓存地址映射表中，使用哈希表管理映射项，以便快速找到写入逻辑页号对应的映射项，但不限于哈希表方法。
检索的结果可能有三种情况：目标映射项在热缓存地址映射表中；目标映射项在冷缓存地址映射表中；目标映射项均不在上述两表中。步骤3和步骤4对应第一种情况，步骤5对应第二种情况，步骤6对应第三种情况。
如果热缓存地址映射表中命中，则命中的映射项有可能是热映射项，也有可能是冷映射项，下面步骤3和步骤4分别叙述两种情况。
步骤3：若是冷映射项命中，则发生冷热映射项转换过程，即将该冷映射项变为热映射项，热缓存地址映射表中的最后一个热映射项变为冷映射项。同时，将LRU链表尾部的冷映射项移动到冷缓存地址映射表中，直到LRU链表最后一个映射项是热映射项。
步骤4：如果热缓存地址映射表中的热映射项命中，则该热映射项将被移动到热缓存地址映射表的LRU链表首部。
步骤5：如果冷缓存地址映射表中的冷映射项命中，则将其移动到热缓存地址映射表的LRU链表首部。
步骤6：如果未在冷缓存地址映射表和热缓存地址映射表中找到对应映射项，则将冷缓存地址映射表最后一个映射项淘汰，将需求的映射项装载进入热缓存地址映射表LRU链表的首部。
步骤7：如果在热缓存地址映射表中找到对应映射项，则将数据交付给热写入模块，由热写入模块将数据写入到闪存热数据区中。
优选地，热写入模块获取一个当前正在被使用的热物理块，如果没有正在使用的热物理块或已有热物理块均已被写满，则向空闲物理块链表申请一个空闲物理块。
步骤8：如果在冷缓存地址映射表中找到对应映射项，则将数据交付给冷写入模块，由冷写入模块将数据写入到闪存冷数据区中。
优选地，冷写入模块获取一个当前正在被使用的冷物理块，如果没有正在使用的冷物理块或已有冷物理块均已被写满，则向空闲物理块链表申请一个空闲物理块。
可以理解，本发明并不记录每一个逻辑页地址的访问频率或访问间隔，而是通过将缓存映射项区分为访问间隔较长的热映射项和访问间隔较短的冷映射项从而达到冷热数据分离的目的。
本发明提供了一种联合地址映射表的闪存冷热数据分离存储方法，本发明不需要记录所有逻辑页面的访问次数或访问频率。根据闪存中缓存地址映射表中的映射项访问间隔，将缓存地址映射表分为热地址映射表和冷地址映射表，其中，热缓存地址映射表中的映射项访问间隔较短，因此当使用热缓存地址映射表中的映射项进行写入时，将会把写入数据提交给热写入模块。同时，通过维持热缓存地址映射表的LRU链表最后一个映射项为热映射项，保证在热缓存地址映射表中的映射项均为最近才发生写入的冷映射项或是访问间隔较小的热映射项，从而保证在映射项被命中时，能够准确根据访问间隔分离冷热数据页。
本发明用于闪存中的闪存转换层FTL模块。
本发明适用于NAND Flash型闪存。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种联合地址映射表的闪存冷热数据分离存储方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：文件系统请求的逻辑页号，输入映射项检索模块，其中，映射项检索模块用于快速检索请求的映射项在缓存地址映射表中的位置；
步骤2：映射项检索模块根据写入的逻辑页号，在缓存地址映射表中查找对应的映射项；
步骤3：闪存缓存地址映射表分为冷缓存地址映射表和热缓存地址映射表；热缓存地址映射表中的地址映射项分为冷映射项和热映射项，其中，热映射项的数量是固定的；热缓存地址映射表和冷缓存地址映射表中的映射项均以LRU链表形式组织；
步骤4：如果映射项检索模块检索到目标映射项在热缓存地址映射表中，且该映射项为冷映射项，则该冷映射项变为热映射项，同时，热缓存地址映射表中的最后一个热映射项变为冷映射项并将LRU链表尾部的冷映射项移动到冷缓存地址映射表中，直到LRU链表最后一个映射项是热映射项；
步骤5：如果映射项检索模块检索到目标映射项在热缓存地址映射表中，则该热映射项将被移动到热缓存地址映射表的LRU链表首部；
步骤6：如果映射项检索模块检索到目标映射项在冷缓存地址映射表中，则将其移动到热缓存地址映射表的LRU链表首部；
步骤7：如果未在冷缓存地址映射表和热缓存地址映射表中找到对应映射项，则将冷缓存地址映射表最后一个映射项淘汰，将需求的映射项装载进入热缓存地址映射表LRU链表的首部；
步骤8：闪存区域分为闪存热数据区和闪存冷数据区，其中，闪存热数据区存放热数据，闪存冷数据区存放冷数据；
步骤9：如果命中的映射项位于热缓存地址映射表中，则将数据交付给热写入模块，由热写入模块将数据写入到闪存热数据区中；
步骤10：如果命中的映射项位于冷缓存地址映射表中，则将数据交付给冷写入模块，由冷写入模块将数据写入到闪存冷数据区中。
2.根据权利要求1所述的一种联合地址映射表的闪存冷热数据分离存储方法，其特征在于，步骤2中，优选地，使用哈希表方法检索映射项，以便快速找到写入逻辑页号对应的映射项。
3.根据权利要求1所述的一种联合地址映射表的闪存冷热数据分离存储方法，其特征在于，步骤9中，优选地，热写入模块获取一个当前正在被使用的热物理块，如果没有正在使用的热物理块或已有热物理块均已被写满，则向空闲物理块链表申请一个空闲物理块。
4.根据权利要求1所述的一种联合地址映射表的闪存冷热数据分离存储方法，其特征在于，步骤10中，优选地，冷写入模块获取一个当前正在被使用的冷物理块，如果没有正在使用的冷物理块或已有冷物理块均已被写满，则向空闲物理块链表申请一个空闲物理块。
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