CN107479825A - 一种存储系统、固态硬盘和数据存储方法 - Google Patents

Abstract

本实施例涉及一种存储系统及固态硬盘。存储系统包括控制器和固态硬盘。控制器用于向固态硬盘发送数据以及数据的第一逻辑地址，以及用于向固态硬盘发送元数据以及元数据的第二逻辑地址。固态硬盘用于当确定第一逻辑地址和第二逻辑地址属于不同的地址区间时，将数据写入第一擦除块集合，将元数据写入第二擦除块集合。所述第一擦除块集合包括一个或多个擦除块，所述第二擦除块集合包括一个或多个擦除块，所述第一擦除块集合所包含的擦除块与所述第二擦除块集合所包含的擦除块均不相同。在固态硬盘进行垃圾回收时，可以减小写放大。

Description

一种存储系统、固态硬盘和数据存储方法

技术领域

本申请涉及存储技术领域，特别是一种存储系统、固态硬盘和数据存储方法。

背景技术

闪存阵列是指包含固态硬盘和控制器的存储系统。固态硬盘包含多个擦除块(英文：erase block)。控制器将接收的数据发送给固态硬盘存储。除了数据本身之外，控制器在处理各种操作请求的过程还会生成这些数据的元数据。元数据是指管理数据的数据。同样的，控制器也需要将元数据发送给固态硬盘进行持久化存储。

控制器将数据以及元数据发送给固态硬盘之后，固态硬盘按照其接收的时间顺序依次将这些数据以及元数据写入一个或多个擦除块中。那么，对于一个擦除块而言，它既保存有数据也保存有元数据。通常情况下，数据被访问修改的频率远低于元数据被访问修改的频率，因此元数据变成无效数据的可能性大于数据变成无效数据的可能性。当一个擦除块中的元数据变成无效数据后，这个擦除块所包含的数据很可能仍然是有效数据。在固态硬盘进行垃圾回收时，就需要将这个擦除块中的有效数据复制到其他空白擦除块。那么，这些有效数据实际上是被再次写入固态硬盘的擦除块中，由此，造成了固态硬盘的写放大问题。

发明内容

本申请提出了一种存储系统和数据存储方法，可以减少固态硬盘内部的写放大的次数。

本申请第一方面提供了一种存储系统，包括控制器和固态硬盘。其中，固态硬盘包括多个擦除块。这些擦除块可以分为至少两个集合，其中第一擦除块集合包括一个或多个擦除块，专用于存储数据；第二擦除块集合包括一个或多个擦除块，专用于存储元数据。第一擦除块集合所包含的擦除块和第二擦除块集合所包含的擦除块不重合。所述控制器用于向所述固态硬盘发送数据以及该数据的第一逻辑地址，第一逻辑地址是所述控制器为该数据分配的，属于第一地址区间的子集。另外，所述控制器还用于向所述固态硬盘发送元数据以及该元数据的第二逻辑地址，第二逻辑地址也是所述控制器为该元数据分配的，属于第二地址区间的子集。所述固态硬盘接收所述数据、元数据以及第一逻辑地址、第二逻辑地址之后，识别出第一逻辑地址和第二逻辑地址属于不同的地址区间后，将数据写入第一擦除块集合，将元数据写入第二擦除块集合。

上述存储系统将数据和元数据分开存储到不同的擦除块中，那么，对于一个擦除块而言，要么存储数据，要么存储元数据，不能既存储数据又存储元数据。当这个擦除块中存储的是元数据时，这些元数据变成无效数据的概率较高，那么垃圾回收时可以直接对这个擦除块执行擦除操作，无需复制有效数据。当这个擦除块存储的是数据时，由于数据变成无效数据的概率较低，那么垃圾回收时可以不对这个擦除块执行擦除操作，保留其存储的有效数据。因此无论这个擦除块存储的是元数据还是数据，都可以减小写放大。

第一方面的第一种实现方式中，所述控制器位于所述固态硬盘的外部，不同于所述固态硬盘内部的控制器。

第一方面的第二种实现方式中，所述固态硬盘会在所述控制器分配逻辑地址之前向所述控制器发送一段逻辑地址区间，所述控制器将所述逻辑地址区间划分为第一地址区间和第二地址区间。为了让固态硬盘能够根据逻辑地址所属的地址区间识别出数据的属性，所述控制器还可以将所述第一地址区间和第二地址区间反馈给固态硬盘。由此，控制器和固态硬盘能够统一对地址区间的理解。

第一方面的第三种实现方式中，所述控制器包括存储器，所述存储器分为第一区域和第二区域，第一区域用于存储数据，第二区域用于存储元数据。这种划分可以是逻辑上的，也可以是物理上的。按照这种方式，控制器可以根据获得一个数据的区域识别出这个数据的属性是数据还是元数据，由此对其分配相应的逻辑地址。

第一方面的第四种实现方式中，给数据设置数据标签，所述数据标签用于指示所述数据的属性是数据；给元数据设置元数据标签，所述元数据标签用于指示所述元数据的属性是元数据。因此，控制器可以直接根据标签对属性进行识别，由此对数据或者元数据分配相应的逻辑地址。

第一方面的第五种实现方式中，所述固态硬盘还用于执行垃圾回收。具体的，当预设的垃圾回收的条件满足时，扫描所述固态硬盘所包含的擦除块，将擦除块中的有效数据复制到空白的擦除块中。然而，对于第一擦除块集合，由于元数据被改写的概率较高，在执行垃圾回收时，第一擦除块集合所包含的擦除块中存储的元数据都变成了无效数据，因此可以直接擦除这些擦除块，而不需要在擦除之前对其包含的有效数据进行复制。

本申请第二方面提供了一种固态硬盘，具有第一方面提供的存储系统中由固态硬盘实现的功能。

本申请第三方面提供了一种数据存储方法。该方法应用于第一方面提供的存储系统中，由控制器或者固态硬盘执行。

本申请第四方面提供了一种计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可以由上述第二方面的固态硬盘执行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明实施例提供的应用场景图；

图2是本发明实施例提供的控制器的结构图；

图3是本发明实施例提供的固态硬盘的结构示意图。

图4是本发明实施例提供的一种数据存储的方法流程图

图5是本发明实施例提供的另一种数据存储的方法流程图；

图6是本发明实施例提供的固态硬盘的模块示意图。

具体实施方式

本发明实施例提出了一种存储系统和数据存储方法，可以减少固态硬盘内部的写放大的次数。

图1描绘了本发明实施例提供的存储系统的组成图，图1所示的存储系统包括至少一个控制器(如图所示的控制器11)和多个固态硬盘44。

控制器11通过存储区域网络(英文：storage area network，SAN)与主机(图中未示出)连接。控制器11可以是一种计算设备，如服务器、台式计算机等等。在控制器11上安装有操作系统以及应用程序。控制器11可以接收来自主机的输入输出(I/O)请求。控制器11还可以存储I/O请求中携带的数据(如果有的话)，并且将该数据写入固态硬盘44中。

另外，控制器11在处理I/O请求时，还会产生和所述I/O请求有关的元数据。元数据是管理数据的数据。例如，当所述I/O请求是一个写文件请求时，那么所述I/O请求中携带的数据就是待写入目标文件的数据。如果目标文件之前并不存在，那么首先会创建这个目标文件，由此与这个写文件请求相关的元数据包括但不限于：目标文件的文件名、目标文件的保存路径、目标文件的创建时间、数据写入所述目标文件的时间、目标文件所属的目录。又如，当所述I/O请求是一个修改文件请求时，那么所述I/O请求中携带的数据就是对所述目标文件原有的数据进行修改的数据。与这个修改文件请求相关的元数据包括但不限于：目标文件的修改时间、修改后的文件名(如果涉及文件名的修改)、修改后的目录名(如果涉及目录名的修改)。这些元数据也会被写入固态硬盘44中，以实现持久化存储。

固态硬盘(英文：Solid State Disk，SSD)是以闪存(英文：flash memory)芯片为存储介质的存储器，又名固态驱动器(Solid State Drive，SSD)。

图1仅是示例性说明，在实际应用中存储系统可包含多个控制器，每个控制器的物理结构和功能与控制器11类似，并且本实施例并不限定控制器11与其他控制器之间，以及任意一个控制器与固态硬盘44之间的连接方式。只要各个控制器之间，以及各个控制器和固态硬盘44之间能够相互通信。

图2是控制器11的结构示例图，如图2所示，控制器11包括接口卡110、处理器112和接口卡113。

接口卡110用于和主机通信，控制器11可以通过接口卡110接收主机的操作指令。处理器112可能是一个中央处理器(英文：central processing unit，CPU)。在本发明实施例中，处理器112可以用于接收来自主机的I/O请求、处理所述I/O请求。所述I/O请求可以是写数据请求或者读数据请求，处理器112还可以将写数据请求中的数据发送给固态硬盘44。

可选地，控制器11还可以包括存储器111。存储器111用于临时存储从主机接收的数据或从固态硬盘44读取的数据。控制器11接收主机发送的多个写数据请求时，可以将所述多个写数据请求中的数据暂时保存在存储器111中。当存储器111的容量达到一定阈值时，将存储器111存储的数据以及为所述数据分配的逻辑地址发送给固态硬盘44。固态硬盘44存储所述数据。存储器111包括易失性存储器，非易失性存储器或其组合。易失性存储器例如为随机访问存储器(英文：random-accessmemory，RAM)。非易失性存储器例如软盘、硬盘、固态硬盘(solid state disk，SSD)、光盘等各种可以存储程序代码的机器可读介质。存储器111具有保电功能，保电功能是指系统发生掉电又重新上电时，存储器111中存储的数据也不会丢失。

接口卡113，用于和固态硬盘44通信，控制器11可以通过接口卡113将写数据请求(包括数据以及控制器11为所述数据分配的逻辑地址)发送给固态硬盘44存储。

控制器11属于系统控制器，系统控制器是独立的设备，不同于固态硬盘中的控制芯片。本实施例将固态硬盘的控制芯片称为固态硬盘控制器。如无特别指明，本实施例中的控制器都是指系统控制器。

固态硬盘44包括固态硬盘控制器和存储介质(如图3所示)。其中，固态硬盘控制器用于执行控制器11或控制器22发送的写数据请求或者读数据请求等操作。

固态硬盘控制器中包含闪存翻译层(英文：flash translation layer，FTL)。闪存翻译层用于保存有数据的逻辑地址与实际地址之间的对应关系。因此，闪存翻译层用于将控制器发送的写数据请求或者读数据请求中的逻辑地址转化为固态硬盘中数据的实际地址。数据的逻辑地址是由控制器分配的，具体的，固态硬盘44可以向控制器11发送多个逻辑地址的集合，并且这个集合内包含的多个逻辑地址是连续的。控制器11从这个集合中分配一段子集给目标数据。数据的逻辑地址包括起始逻辑地址和长度，起始逻辑地址指示所述数据的起始位置，长度代表所述数据的大小。数据的实际地址可以是固态硬盘中该数据的物理地址，也可以是在所述物理地址的基础上经过虚拟化，只对固态硬盘控制器可见的地址。该经过虚拟化的实际地址对系统控制器不可见。

存储介质包括一个或多个闪存芯片。每个闪存芯片有自己的控制电路(英文：control circuit)，控制电路不同于固态硬盘控制器。从功能上来说，控制电路只能被动地接收固态硬盘控制器的读指令或者写指令或者擦除指令，对指定的页进行读/写，对指定的擦除块进行擦除，不能自主地对页或者擦除块执行其他操作。从硬件结构上来说，虽然控制电路和固态硬盘控制器都是由一个或多个逻辑电路组成，但而固态硬盘控制器所包含的逻辑电路更为复杂。

每个闪存芯片包括若干个擦除块。闪存芯片在读取或写入时是以一个页(英文：page)为基础的，但擦除操作只能以一个擦除块为基础，擦除操作是指将这个擦除块的所有位都设置为“1”。在擦除之前，固态硬盘控制器需要先将这个擦除块中的有效数据复制到另一个擦除块的空白页中去。擦除块中的有效数据是指该擦除块中保存的没有被修改过的数据，这部分数据可能会被读取。擦除块中的无效数据是指该擦除块中保存的已经被修改过的数据，这部分数据不可能会被读取。

每个擦除块包含多个页(英文：page)。固态硬盘在执行写数据请求时，是以页为单位来写数据的。固态硬盘中的擦除块、页以及实际地址对控制器来说是不可见的，因此控制器不能直接访问固态硬盘中的擦除块和页。访问擦除块和页的工作是由固态硬盘控制器来完成的。举例来说，控制器11向固态硬盘控制器发送一个写数据请求。所述写数据请求包括数据的逻辑地址。固态硬盘控制器在接收控制器发送的数据之后，按照接收的时间顺序将所述数据连续写入一个或多个擦除块中。连续写入一个或多个擦除块是指，固态硬盘查找一个空白的擦除块，将数据写入所述空白的擦除块，直至将所述空白的擦除块填满，当所述数据的大小超过擦除块的容量时，固态硬盘控制器再查找下一个空白的擦除块，继续写入。闪存翻译层建立并保存所述逻辑地址与写入所述数据的页的实际地址之间的对应关系。当控制器11向固态硬盘控制器发送读数据请求，要求读取所述数据时，所述读数据请求中包括所述逻辑地址。固态硬盘控制器根据所述逻辑地址、以及所述逻辑地址与实际地址之间的对应关系读取所述数据，并将该数据发送给控制器11。然而，如同前面所说，除了I/O请求携带的数据本身之后，控制器11在处理这些I/O请求时所生成的元数据也会被发送给固态硬盘进行存储。例如，当存储器111中存储的所有数据(包括I/O请求所携带的数据以及元数据)达到一定阈值时，控制器11将所述存储器111中存储的所有数据发送给固态硬盘。如果固态硬盘控制器按照接收的时间顺序将这些数据以及元数据连续写入一个或多个擦除块中，那么对于每个(或者某个)被写入的擦除块中既包括数据也包括元数据。由于通常情况下，数据被访问修改的频率远低于元数据被访问修改的频率，因此元数据变成无效数据的可能性大于数据变成无效数据的可能性。当一个擦除块中的元数据变成无效数据后，这个擦除块所包含的数据仍然是有效数据。在固态硬盘进行垃圾回收时，就需要将这个擦除块中的有效数据搬移到其他空白擦除块。由此，造成了固态硬盘的写放大问题。

写放大(write amplification,WF)是固态硬盘以及闪存装置中的一个不良现象，具体是指实际写入固态硬盘的数据量大于数据本身的数据量。举例而言，由于闪存颗粒必须先擦除才能写入数据，所以在擦除之前需将原来擦除块中的数据(这里指有效数据)复制到其他擦除块中。那么在执行这些操作时，会导致这些被复制的数据再次被写入其他擦除块(第一次写入是指从外部接收该数据时将其写入一个擦除块)，那么该数据实际写入固态硬盘的数据量大于所述数据本身的数据量。由于固态硬盘的擦除次数有限，因此写放大问题会减少固态硬盘的使用寿命。

固态硬盘内部的垃圾回收是由固态硬盘自己完成的，先将各个擦除块中的有效数据复制到空白的擦除块，再擦除原来的擦除块。垃圾回收的触发条件是该固态硬盘的空白的擦除块的数量不足。

本实施例将数据和元数据分开存储到不同的擦除块，那么，对于一个擦除块而言，要么存储数据，要么存储元数据，不能既存储数据又存储元数据。因此，当这个擦除块中存储的是元数据时，这些元数据变成无效数据的概率较高，那么垃圾回收时可以直接对这个擦除块执行擦除操作，无需复制有效数据。当这个擦除块存储的是数据时，由于数据变成无效数据的概率较低，那么垃圾回收时可以不对这个擦除块执行擦除操作，保留其存储的有效数据。因此无论这个擦除块存储的是元数据还是数据，都可以减小写放大。

下面结合图4介绍本实施例提供的数据存储方法，该方法可以应用于图1所示的应用场景中，示例性的，该方法包括以下步骤：

S301，控制器11接收主机发送的写数据指令，将写数据指令中携带的数据写入控制器11的存储器111。

具体的，可以由处理器112通过接口卡110接收主机的数据，将其写入存储器111中。通常情况下，所述数据是携带在写数据指令中发送给控制器11的。需要说明的是，步骤S301中的写数据指令是由主机发送给控制器11的，不同于控制器11发送给固态硬盘44的写数据请求。

另外，如同前面介绍的，处理器112在处理写数据指令时，会产生一些元数据，这些生成的元数据也保存在存储器111中。为了区分数据和元数据，控制器11至少可以采用以下两种方式识别出数据和元数据。

第一种方式是，控制器11在逻辑上将存储器111划分成至少两个区域，其中一个区域用于存储数据，另一个区域用于存储元数据。这种划分仅仅是逻辑上的，不是物理上。例如，将存储器111所包含的页面分为至少两部分，指定其中一部分页面用于存储数据，指定另一部分页面用于存储元数据。

第二种方式是，控制器11在存储数据以及元数据时，赋予其一个表明数据属性的标签，其中数据的标签用于指示其属性是数据，元数据的标签用于指示其属性是元数据。

S302，当存储器111中的数据和元数据的大小达到预先设定的阈值时，控制器11分别为数据和元数据分配逻辑地址。由于存储器111的容量有限，当其中存储的数据达到所述预先设定的阈值时就需要将存储器111中的数据写入固态硬盘44。

固态硬盘控制器事先发送给控制器11的连续逻辑地址区间为1024KB-2047KB。控制器11接收固态硬盘控制器发送的连续逻辑地址区间之后，将所述连续逻辑地址区间分为两部分，例如，第一部分地址区间是1024KB-2000KB，用于为数据分配逻辑地址。第二部分地址区间是2001KB-2047KB，用于为元数据分配逻辑地址。为了让固态硬盘44能够区分数据和元数据，控制器11可以将所述连续逻辑地址区间的划分情况通知固态硬盘44。需要说明的是，固态硬盘44发送给控制器11的逻辑地址区间可以是连续的，也可以是不连续的，前面描述的连续逻辑地址区间为1024KB-2047KB只是一个示例。

当存储器111中的数据和元数据的大小达到预先设定的阈值时，控制器11需要将这些数据和元数据发送给固态硬盘44以进行持久化存储。在发送之前，控制器11分别为数据和元数据分配逻辑地址。以为数据分配逻辑地址为例，控制器11可以从上述第一部分地址区间中确定一个空闲的地址区间，作为所述数据的逻辑地址。所述空闲的地址区间是所述第一部分地址区间的子集，并且尚未分配给其他数据。同样的，对于元数据，控制器11可以根据所述元数据所在的存储器111的区域或者所述标签确定其是元数据，而不是数据，再从上述第二部分地址区间中确定一个空闲的地址区间，作为元数据的逻辑地址。

S303，控制器11将所述数据以及分配的逻辑地址发送给固态硬盘44。

具体的，控制器11可以将所述数据和为所述数据分配的逻辑地址封装在一个写数据请求中，将所述写数据请求发送给固态硬盘44。如果所述数据的尺寸较大，也可以封装在多个写数据请求中发送给固态硬盘44。

S304，固态硬盘44根据所述分配的逻辑地址识别出接收到的是数据，而不是元数据，将所述数据写入一个或多个擦除块。在步骤S302中曾交代过，控制器11可以所述连续逻辑地址区间的划分情况通知固态硬盘44。由此，固态硬盘控制器可以根据接收的逻辑地址所属的地址区间对数据或者元数据进行识别。例如，当接收的逻辑地址是1024KB-2000KB的子集时，则说明这是数据的逻辑地址。由此，将所述接收的数据写入一个或多个擦除块中。一种情况下，固态硬盘44可以预先设定专门用于存储数据的擦除块，以及专门用于存储元数据的擦除块。另一种情况下，固态硬盘控制器不指定专门用于存储数据的擦除块，如果一个擦除块首次使用时存储的是数据，那么从此以后所述擦除块都用于存储数据。反之，如果一个擦除块首次使用时存储的是元数据，那么从此以后所述擦除块都用于存储数据。为了方便识别，可以用一个特定的标记标识所述擦除块所存储的是数据或者元数据。

所述数据保存在擦除块中的地址为实际地址。固态硬盘控制器在将所述数据写入所述擦除块之后，将所述分配的逻辑地址与所述实际地址之间的对应关系保存在闪存翻译层中。

S305，控制器11将所述元数据以及分配的逻辑地址发送给固态硬盘44。

与步骤S304类似，控制器11可以将所述元数据和为所述元数据分配的逻辑地址封装在一个或多个写数据请求中，发送给固态硬盘44。

S306，固态硬盘44根据所述分配的逻辑地址识别出接收到的是元数据，而不是数据，将所述元数据写入一个或多个擦除块。

与步骤S304类似，固态硬盘控制器将所述元数据写入预先设定的专门用于存储元数据的擦除块，或者已经保存有元数据的擦除块。

当预设的垃圾回收的条件满足时，固态硬盘会将擦除块中的有效数据复制到空白擦除块，再对原来的擦除块进行擦除操作。这里的预设的垃圾回收的条件包括但不限于：(1)固态硬盘中的空白擦除块的数量低于某一阈值；(2)固态硬盘中所存储的无效数据的数据量达到某一阈值。在垃圾回收的执行过程中，固态硬盘依次检查每个擦除块从而进行有效数据的复制。对于一个擦除块而言，要么存储数据，要么存储元数据，不能既存储数据又存储元数据。因此，当这个擦除块中存储的是元数据时，这些元数据变成无效数据的概率较高，那么垃圾回收时可以直接对这个擦除块执行擦除操作，无需复制有效数据。当这个擦除块存储的是数据时，由于数据变成无效数据的概率较低，那么垃圾回收时可以不对这个擦除块执行擦除操作，保留其存储的有效数据。因此无论这个擦除块存储的是元数据还是数据，都可以减小写放大。

另外，本实施例还提供了另一种数据存储方法，同样可以减小固态硬盘内部的写放大。与图4所示的数据存储方法的不同之处在于，本实施例在将数据写入固态硬盘44时，不对数据的属性进行辨别，而是根据数据的冷热程度写入不同的擦除块中。具体的，请参见图5，图5是所述数据存储方法的流程示意图。如图5所示，该方法包括以下步骤。

S401，控制器11接收主机发送的写数据指令，将写数据指令中携带的数据写入控制器11的存储器111。

所述写数据指令除了携带所述数据之外，还包括所述数据的主机逻辑地址。主机逻辑地址是主机和控制器11可见的地址，而前面描述的逻辑地址是控制器11和固态硬盘44可见的地址。通常情况下，主机逻辑地址包括逻辑起始地址和所述数据的长度。控制器11可以根据所述数据的主机逻辑地址确定所述数据的冷热程度。例如，统计主机对于所述主机逻辑地址的访问频率，当访问频率高于设定的阈值时则认为所述数据是热数据，否则认为所述数据是冷数据。为了对冷热数据进行区分，控制器11可以将冷数据和热数据分别存储至存储器111的不同区域中，或者给冷数据和热数据设置不同的标识，所述标识用于指示所述数据是冷数据或者热数据。该部分与图4所示的S301类似，可参见S301部分的描述。

S402，当存储器111中的所有数据(包括冷数据和热数据)的大小达到预先设定的阈值时，控制器11分别为冷数据和热数据分配逻辑地址。

为了使固态硬盘44识别出冷数据和热数据，控制器11为冷数据和热数据分别分配不同的逻辑地址，例如，控制器11将固态硬盘44发送的连续逻辑地址区间分为第一部分地址区间和第二部分地址区间，其中第一部分地址区间专用于为冷数据分配逻辑地址，第二部分地址区间专用于为热数据分配逻辑地址。固态硬盘44可以根据它们的逻辑地址所属的地址区间识别冷数据或者热数据。具体的，步骤S402与步骤S302类似，可参见步骤S302的描述。

S403，控制器11将所述冷数据以及分配的逻辑地址发送给固态硬盘44。

S404，固态硬盘44根据所述分配的逻辑地址识别出接收到的是冷数据，将所述冷数据写入一个或多个擦除块。所述一个或多个擦除块专用于存储冷数据，可以是预先设定的，也可以是第一次写入冷数据之后再设置的。

S405，控制器11将所述热数据以及分配的逻辑地址发送给固态硬盘44。

S406，固态硬盘44根据所述分配的逻辑地址识别出接收到的是热数据，将所述热数据写入一个或多个擦除块。热数据所写入的擦除块是专用于存储热数据的擦除块，不同于专用于存储冷数据的擦除块。

本实施例将冷数据和热数据分开存储到不同的擦除块，那么，对于一个擦除块而言，要么存储冷数据，要么存储热数据，不能既存储冷数据又存储热数据。因此，当这个擦除块中存储的是热数据时，这些元数据变成无效数据的概率较高，那么垃圾回收时可以直接对这个擦除块执行擦除操作，无需复制有效数据。当这个擦除块存储的是冷数据时，由于数据变成无效数据的概率较低，那么垃圾回收时可以不对这个擦除块执行擦除操作，保留其存储的有效数据。因此无论这个擦除块存储的是冷数据还是热数据，都可以减小写放大。

当预设的垃圾回收的条件满足时，固态硬盘会将擦除块中的有效数据复制到空白擦除块，再对原来的擦除块进行擦除操作。这里的预设的垃圾回收的条件包括但不限于：(1)固态硬盘中的空白擦除块的数量低于某一阈值；(2)固态硬盘中所存储的无效数据的数据量达到某一阈值。在垃圾回收的执行过程中，固态硬盘依次检查每个擦除块从而进行有效数据的复制。对于一个擦除块而言，要么存储数据，要么存储元数据，不能既存储数据又存储元数据。因此，当这个擦除块中存储的是元数据时，这些元数据变成无效数据的概率较高，那么垃圾回收时可以直接对这个擦除块执行擦除操作，无需复制有效数据。当这个擦除块存储的是数据时，由于数据变成无效数据的概率较低，那么垃圾回收时可以不对这个擦除块执行擦除操作，保留其存储的有效数据。因此无论这个擦除块存储的是元数据还是数据，都可以减小写放大。

另外，如图6所示，本实施例还提供了一种固态硬盘，包括接收模块501和写入模块502。

其中，接收模块501用于接收数据和所述数据的第一逻辑地址，以及接收元数据和所述元数据的第二逻辑地址，所述元数据是管理所述数据的数据，所述第一逻辑地址是第一地址区间的子集，所述第二逻辑地址是第二地址区间的子集。写入模块502用于当确定所述第一逻辑地址和所述第二逻辑地址属于不同的地址区间时，将所述数据写入第一擦除块集合，以及将所述元数据写入第二擦除块集合，所述第一擦除块集合包括一个或多个擦除块，所述第二擦除块集合包括一个或多个擦除块，所述第一擦除块集合所包含的擦除块与所述第二擦除块集合所包含的擦除块均不相同。

在实现上，接收模块501可以是固态硬盘控制器本身，也可以是固态硬盘控制器的一个功能模块，承担部分固态硬盘控制器的功能，例如接收功能。写入模块502可以是固态硬盘控制器本身，也可以是固态硬盘控制器的一个功能模块，用于将从控制器11发送的数据和元数据写入擦除块，具体可以参考图4的步骤S304、步骤306，以及图5的步骤404、步骤406的描述。

另外，固态硬盘还可以包括发送模块503，用于向控制器11发送一段逻辑地址区间，使得控制器11将这段逻辑地址区间划分为第一地址区间和第二地址区间。发送模块503可以是固态硬盘控制器本身，也可以是固态硬盘控制器的一个功能模块，甚至还可以和接收模块501是同一个功能模块。固态硬盘还可以包括垃圾回收模块504，用于当预设的垃圾回收的条件满足时，擦除所述第一擦除块集合，而不需要对所述第一擦除块集合中的有效数据进行复制。垃圾回收模块504可以是固态硬盘控制器本身，也可以是固态硬盘控制器的一个功能模块，具体的可以参考前面关于垃圾回收的描述。

本领域普通技术人员将会理解，本发明的各个方面、或各个方面的可能实现方式可以被具体实施为系统、方法或者计算机程序产品。因此，本发明的各方面、或各个方面的可能实现方式可以采用完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件等等)，或者组合软件和硬件方面的实施例的形式，在这里都统称为“电路”、“模擦除块”或者“系统”。此外，本发明的各方面、或各个方面的可能实现方式可以采用计算机程序产品的形式，计算机程序产品是指存储在计算机可读介质中的计算机可读程序代码。

计算机可读介质包含但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、设备或者装置，或者前述的任意适当组合，如随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、光盘。

计算机中的处理器读取存储在计算机可读介质中的计算机可读程序代码，使得处理器能够执行在流程图中每个步骤、或各步骤的组合中规定的功能动作。

计算机可读程序代码可以完全在用户的计算机上执行、部分在用户的计算机上执行、作为单独的软件包、部分在用户的计算机上并且部分在远程计算机上，或者完全在远程计算机或者服务器上执行。也应该注意，在某些替代实施方案中，在流程图中各步骤、或框图中各擦除块所注明的功能可能不按图中注明的顺序发生。例如，依赖于所涉及的功能，接连示出的两个步骤、或两个擦除块实际上可能被大致同时执行，或者这些擦除块有时候可能被以相反顺序执行。

本领域普通技术人员可以意识到，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，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域普通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发明的范围。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本领域普通技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种存储系统，其特征在于，包括控制器和固态硬盘，所述固态硬盘和所述控制器连接，所述固态硬盘包括多个擦除块，其中，

所述控制器，用于向所述固态硬盘发送数据以及所述数据的第一逻辑地址，所述第一逻辑地址是第一地址区间的子集；

所述控制器，还用于向所述固态硬盘发送元数据以及所述元数据的第二逻辑地址，所述元数据是管理所述数据的数据，所述第二逻辑地址是第二地址区间的子集；

所述固态硬盘，用于当确定所述第一逻辑地址和所述第二逻辑地址属于不同的地址区间时，将所述数据写入第一擦除块集合，以及将所述元数据写入第二擦除块集合，所述第一擦除块集合包括一个或多个擦除块，所述第二擦除块集合包括一个或多个擦除块，所述第一擦除块集合所包含的擦除块与所述第二擦除块集合所包含的擦除块均不相同。

2.根据权利要求1所述的存储系统，其特征在于，所述控制器位于所述固态硬盘的外部，不同于所述固态硬盘内部的控制器。

3.根据权利要求1或2所述的存储系统，其特征在于，

所述固态硬盘，还用于向所述控制器发送一段逻辑地址区间；

所述控制器，还用于将所述逻辑地址区间划分为所述第一地址区间和所述第二地址区间；

所述控制器，还用于将所述第一地址区间和所述第二地址区间发送给所述固态硬盘，以指示所述第一地址区间和所述第二地址区间分别用于为不同属性的数据分配逻辑地址。

4.根据权利要求1或2所述的存储系统，其特征在于，所述控制器包括存储器，所述存储器包括第一区域和第二区域，所述第一区域用于存储所述数据，所述第二区域用于存储所述元数据；

所述控制器还用于从所述第一区域读取所述数据，为所述数据分配所述第一逻辑地址；以及

所述控制器还用于从所述第二区域读取所述元数据，为所述元数据分配所述第二逻辑地址。

5.根据权利要求1或2所述的存储系统，其特征在于，所述数据具有数据标签，所述数据标签用于指示所述数据的属性是数据，所述元数据具有元数据标签，所述元数据标签用于指示所述元数据的属性是元数据；

所述控制器，还用于根据所述数据标签为所述数据分配所述第一逻辑地址；以及根据所述元数据标签为所述元数据分配所述第二逻辑地址。

6.根据权利要求1-5任一所述的存储系统，其特征在于，

所述固态硬盘，还用于当预设的垃圾回收的条件满足时，擦除所述第一擦除块集合，在擦除之前不对所述第一擦除块集合中的有效数据进行复制。

7.一种固态硬盘，其特征在于，包括固态硬盘控制器和多个擦除块，

所述固态硬盘控制器，用于接收数据和所述数据的第一逻辑地址，以及接收元数据和所述元数据的第二逻辑地址，所述元数据是管理所述数据的数据，所述第一逻辑地址是第一地址区间的子集，所述第二逻辑地址是第二地址区间的子集；

所述固态硬盘控制器，还用于当确定所述第一逻辑地址和所述第二逻辑地址属于不同的地址区间时，将所述数据写入第一擦除块集合，以及将所述元数据写入第二擦除块集合，所述第一擦除块集合包括一个或多个擦除块，所述第二擦除块集合包括一个或多个擦除块，所述第一擦除块集合所包含的擦除块与所述第二擦除块集合所包含的擦除块均不相同。

8.根据权利要求7的固态硬盘，其特征在于，

所述固态硬盘控制器，还用于向控制器发送一段逻辑地址区间，所述控制器位于所述固态硬盘的外部；

所述固态硬盘控制器，还用于接收所述控制器发送的第一地址区间和第二地址区间，所述第一地址区间和所述第二地址区间是由所述逻辑地址区间划分而来的。

9.根据权利要求7或8的固态硬盘，其特征在于，

所述固态硬盘控制器，还用于当预设的垃圾回收的条件满足时，擦除所述第一擦除块集合，在擦除之前不对所述第一擦除块集合中的有效数据进行复制。

10.一种数据存储方法，其特征在于，包括：

控制器向固态硬盘发送数据以及所述数据的第一逻辑地址，所述第一逻辑地址是第一地址区间的子集；

所述控制器向所述固态硬盘发送元数据以及所述元数据的第二逻辑地址，所述第二逻辑地址是第二地址区间的子集；

当所述固态硬盘确定所述第一逻辑地址和所述第二逻辑地址属于不同的地址区间时，所述数据写入第一擦除块集合，以及将所述元数据写入第二擦除块集合，所述第一擦除块集合包括一个或多个擦除块，所述第二擦除块集合包括一个或多个擦除块，所述第一擦除块集合所包含的擦除块与所述第二擦除块集合所包含的擦除块均不相同。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：

所述固态硬盘向所述控制器发送一段逻辑地址区间；

所述控制器将所述逻辑地址区间划分为所述第一地址区间和所述第二地址区间；

所述控制器将所述第一地址区间和所述第二地址区间发送给所述固态硬盘，以指示所述第一地址区间和所述第二地址区间分别用于为不同属性的数据分配逻辑地址。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：

所述控制器从所述控制器的存储器的第一区域读取所述数据，为所述数据分配所述第一逻辑地址；

所述控制器从所述控制器的存储器的第二区域读取所述元数据，为所述元数据分配所述第二逻辑地址。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述数据具有数据标签，所述数据标签用于指示所述数据的属性是数据，所述元数据具有元数据标签，所述元数据标签用于指示所述元数据的属性是元数据；所述方法还包括：

所述控制器根据所述数据标签为所述数据分配所述第一逻辑地址；

所述控制器根据所述元数据标签为所述元数据分配所述第二逻辑地址。

14.根据权利要求10-13任一所述的方法，其特征在于，

当预设的垃圾回收的条件满足时，所述固态硬盘擦除所述第一擦除块集合，在擦除之前不对所述第一擦除块集合中的有效数据进行复制。