CN107562641A - 存储空间的均衡磨损方法、系统和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种存储空间的磨损均衡方法、系统和装置。其中，存储空间划分为多个存储块，磨损均衡方法包括：建立存储块链表，存储块链表包括所有存储块的存储地址、擦除次数及有效标识，其中，存储地址、擦除次数及有效标识相互关联；所有存储块的存储地址根据擦除次数依次链接，形成存储地址数据链；判断地址分配器中的存储量是否小于阈值，地址分配器包括待使用存储块的存储地址；若是，则根据存储地址数据链，将擦除次数最少，且有效标识为有效的存储地址写入地址分配器中。本发明的磨损均衡方法能够使存储空间中存储块的磨损程度达到一致，从而提高具有存储空间的存储器的使用寿命。

Description

存储空间的均衡磨损方法、系统和装置

技术领域

本发明涉及存储技术领域，特别是涉及一种存储空间的均衡磨损方法、系统和装置。

背景技术

计算机程序、文件数据等均需要存储在存储器中，存储器属于终端设备中必不可少的硬件，如何对存储器的存储空间进行控制管理是一个非常热门的研究领域，对存储空间的管理包括坏块管理、逻辑地址到物理地址映射管理等。

存储器的存储空间越来越大，对存储性能的要求也越来越高，若采用现有的对存储空间的管理方法，容易造成存储空间的各个块使用频次不均衡，而使用次数较多的存储块则容易出现坏损，造成数据容易丢失，存储器容易损坏。

发明内容

本发明提供一种存储空间的均衡磨损方法、系统和装置，以解决现有技术中存储器的存储空间中各个存储块磨损次数不一致，存储器容易损坏问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种存储空间的均衡磨损方法，该存储空间划分为多个存储块，均衡磨损方法包括建立存储块链表，存储块链表包括所有存储块的存储地址、擦除次数及有效标识，其中，存储地址、擦除次数及有效标识相互关联；所有存储块的存储地址根据擦除次数依次链接，形成存储地址数据链；判断地址分配器中的存储量是否小于阈值，地址分配器包括待使用存储块的存储地址；若是，则根据存储地址数据链，将擦除次数最少，且有效标识为有效的存储地址写入地址分配器中。

为解决上述技术问题，本发明又提供一种存储空间的磨损均衡系统，其包括存储器，存储器的存储空间划分为多个存储块；存储器包括存储块链表，存储块链表包括所有存储块的存储地址、擦除次数及有效标识，其中，存储地址、擦除次数及有效标识相互关联；所有存储块的存储地址根据擦除次数依次链接，形成存储地址数据链；地址分配器，包括待使用存储块的存储地址；以及均衡管理器，在地址分配器的存储量小于阈值时，根据存储地址数据链，将擦除次数最少，且有效标识为有效的存储地址写入地址分配器中。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种存储空间的磨损均衡装置，存储装置包括存储器和控制器，存储器的存储空间划分为多个存储块，控制器用于：建立存储块链表，存储块链表包括所有存储块的存储地址、擦除次数及有效标识，其中，存储地址、擦除次数及有效标识相互关联；所有存储块的存储地址根据擦除次数依次链接，形成存储地址数据链；判断地址分配器中的存储量是否小于阈值，地址分配器包括待使用存储块的存储地址；若是，则根据存储地址数据链，将擦除次数最少，且有效标识为有效的存储地址写入地址分配器中。

本发明磨损均衡方法中首先建立存储块链表，该存储块链表包括所有存储块的存储地址、擦除次数及有效标识，其中，存储地址、擦除次数及有效标识相互关联；所有存储块的存储地址根据擦除次数依次链接，形成存储地址数据链；然后判断地址分配器中的存储量是否小于阈值，地址分配器包括待使用存储块的存储地址；若是小于阈值，则根据存储地址数据链，将擦除次数最少，且有效标识为有效的存储地址写入地址分配器中。存储器的存储空间被划分为多个存储块，通过存储块链表将存储块以擦除次数排列，然后将根据存储块链表更新地址分配器中的存储块地址，使得擦除次数少的存储块能够优先使用，从而实现存储空间中存储块的磨损程度达到一致，保护数据安全，提高存储器寿命。

附图说明

图1是本发明存储空间的磨损均衡方法一实施例的流程示意图；

图2是图1所示存储块链表的示意图；

图3是图2所示存储块链表在存储块读写擦除后的变化示意图；

图4是本发明存储空间的磨损均衡系统一实施例的结构示意图；

图5是本发明存储装置一实施例的结构示意图。

具体实施方式

本发明用于实现存储空间的磨损均衡，通过控制器对存储器中的存储空间进行管理控制，从而实现磨损均衡，以优化存储器的存储性能。

存储器是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备。在数字系统中，只要能保存二进制数据的都可以是存储器；在集成电路中，一个没有实物形式的具有存储功能的电路也叫存储器，如RAM、FIFO等；在数字系统中，具有实物形式的存储设备也叫存储器，如内存条、TF卡等。计算机中全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。有了存储器，计算机才有记忆功能，才能保证正常工作。而控制器则用于管理和指导存储器的工作，例如本发明中对存储器的磨损进行均衡管理。

具体来说，本发明中存储器可以是基于闪存技术实现信息存储的闪存卡，例如Nand Flash等。而控制器则可以是外部设备，例如存储器用于计算机中，控制器可以是计算机本身的处理器；控制器还可以是集成于存储器的控制器，例如eMMC、SATA SSD、PCIe SSD等类型的存储装置，其均包括存储器和控制器。

本发明中实现对存储空间的磨损均衡的方法请参阅图1，图1是本发明存储空间的磨损均衡方法一实施例的流程示意图，实现磨损均衡即将擦除次数最少的存储块放入到地址分配器中，通过地址分配器来优先使用擦除次数最少的存储块。因此本发明中采用存储块链表来统计所有存储块的擦除次数，从而找到最小磨损的块，然后根据存储块链表将擦除次数少的存储块地址放入到地址分配器中。

具体来说，本实施例磨损均衡方法包括以下步骤。

S101：建立存储块链表。

首先建立的存储块链表中包括所有存储块的存储地址、擦除次数及有效标识，其中每个存储块的存储地址、擦除次数及有效标识相互关联。存储块的存储地址根据擦除次数依次链接，形成存储地址数据链。

具体请参阅图2，图2是图1所示存储块链表的示意图。其中，存储块链表为一个数据表结构，其中一个条目标识一个存储块，而每个条目包括数据：

存储地址，每个存储块的读取地址，该存储地址为逻辑地址，可映射到物理地址，通过读取存储地址可实现在物理地址的读写。

擦除次数，表示每个存储块的擦除次数，擦除次数多的使用较频繁，相对磨损更严重，擦除次数少的使用的较少，相对磨损情况较好。为使磨损均衡，则需要优先使用擦除次数少的存储块。

有效标识，表示存储块是否空闲，若有效标识为有效，则表示存储块空闲，可用于读写；若有效标识为无效，则表示存储块处于使用状态，暂不可用于读写。

上块地址，表示本存储块在地址数据链中的上一存储块的存储地址，上一存储块的擦除次数小于本存储块的擦除次数。

下块地址，表示本存储块在地址数据链中的下一存储块的存储地址，下一存储块的擦除次数大于本存储块的擦除次数。

上块地址和下块地址的数据实现了存储地址之间的链接，二者共同构建出了存储块链表中的存储地址数据链。当然也可采用其他方式构建存储地址数据链。

本实施例存储块链表中，对于存储地址为N4的存储块，其擦除次数为7次，有效标识为“有效”，上块地址为N5，下块地址为N0。在图2中可看到N5存储块的擦除次数为6次，小于N4存储块的擦除次数；N0存储块的擦除次数为8次，大于N4存储块的擦除次数。在图2中存储地址数据链即为N3-N5-N4-N0-…

对于擦除次数最小且有效标识为“有效”的存储块N3，其上块地址表示为“入口”，根据该“入口”标识，可从存储块链表中选出该存储块N3以放置于地址分配器中。

在最初构建存储块链表时，存储块的擦除次数均相同，因此初始化存储块链表的步骤为将所有存储块的擦除次数设置为同一数字，例如1、0等。并且，将有效标识均设置为有效，在构建存储地址数据链时，则根据存储地址本身的大小来依次链接。例如N2的上块地址为N1，下块地址为N3，继而构成N1-N2-N3-…-Nx的存储地址数据链。

在存储器使用过程中，其存储空间不断被读取，相应的存储块链表也需要更新，具体更新存储块链表的过程为，当检测到一存储块被写入时，将存储块链表中被写入的该存储块的有效标识设置为无效；当检测到一存储块被擦除时，将存储块链表中被擦除的该存储块的擦除次数加1，且将有效标识设置为有效，并根据修改后的擦除次数更新存储地址数据链，即比较存储块擦除次数，以使得存储地址数据链中依次链接的存储地址对应的擦除次数满足依次排列的关系。

基于图2所示的存储块链表，在两次使用存储块后，存储块链表的变化请参阅图3，图3是图2所示存储块链表在存储块读写擦除后的变化示意图。

对于第一次使用存储块，N3被写入，其有效标识设置为无效，此时可暂不更新存储地址数据链，在N3被擦除后再更新存储地址数据链；也可更新存储地址数据链，即将N5的上块地址更新为入口。

若N3被擦除，则N3的擦除次数加1，更新为6次；且将有效标识设置为有效；在更新存储地址数据链时需要比较N3及其下块地址N5，由于N5的擦除次数也为6次，则进一步比较二者存储地址本身的大小，N3依旧排在N5前面。在下次使用时N3还是会被优先使用。

对于第二次使用存储块，还是N3被写入，有效标识设置为有效。当N3被擦除时，N3的擦除次数加1，更新为7次；且有效标识设置为有效；在更新存储地址数据链时，需要比较N3及其下块地址N5，由于N5的擦除次数为6次，因此N5的上块地址变更为入口，下块地址变更为N3；进一步比较N3及N5之前的下块地址N4，由于N4的擦除次数为7次，与N3的相同，因此比较N3和N4存储地址本身的大小，此时N3排在N4前面，N3的下块地址变更为N4，上块地址变更为N5。

在本步骤S101中构建具有一定更新规则的存储块链表后，基于该存储块链表进行存储地址的分配。具体进行以下步骤S102、S103。

S102：判断地址分配器中的存储量是否小于阈值。

地址分配器用于分配存储地址，实现存储空间中存储块的使用，其中包括待使用存储块的存储地址，本实施例中地址分配器采用先进先出方式，即先放入地址分配器中的存储地址优先被分配出去使用。

一般来说，地址分配器所放置的存储地址可更进一步具体到存储块的page号，存储块链表中存储块地址为存储块号，根据存储空间的容量，存储块可能包括多个page，例如每个存储块包括512个page，相应的在地址分配器中所保存的并不是存储地址，而是则根据该存储地址保存512个page号。

地址分配器中存储有一定量的存储地址，以供使用。因此在本步骤中，首先判断地址分配器中的存储量是否小于阈值，若小于阈值，即地址分配器中存储地址不够，需要在地址分配器中添加新的存储地址，本实施例中通过步骤S103来添加新的存储地址。

S103：根据存储地址数据链，将擦除次数最少，且有效标识为有效的存储地址写入地址分配器中。

本步骤S103的目的是将存储地址写入地址分配器中，本实施例中根据存储地址数据链，将擦除次数最少，且有效标识为有效的存储地址写入到地址分配器中。

结合步骤S101中的给出的存储块链表，上块地址为“入口”的存储块即擦除次数最少，且有效标识为有效的存储块。在本步骤S103中将其存储地址写入到地址分配器中。

本实施例通过存储块链表实现了快速的将可用存储块放入到地址分配器中，且保证磨损均衡。从而使得使用该方法的存储空间的存储块磨损程度一致，保证数据安全，提高存储器的使用寿命。

在本实施例所建立的存储块链表中，比较各个存储块的擦除次数需要大量的计算，因此进一步的，可建议最新擦除存储块的缓存，以增大计算时查找比较的几率，即在比较时，首先查找比较缓存中的存储块。由于在大块数据，即多存储块的读写操作中，擦除回收的存储块的擦除次数更为接近，在建立存储地址数据链时，根据该缓存来进行相关计算，效率更高。

上述存储空间的磨损均衡方法通过控制器集成并运行相应的软件得以实现。具体则是通过一段计算机程序来表现，该计算机程序可存储于计算机存储介质中，被加载及执行，以实现上述方法。

对于软件系统，请参阅图4，图4是本发明存储空间的磨损均衡系统一实施例的结构示意图。本实施例磨损均衡系统100包括存储器11、地址分配器12和均衡管理器13。

存储器11的存储空间被划分为多个存储块，存储器11包括存储块链表，存储块链表中包括所有存储块的存储地址、擦除次数及有效标识，其中每个存储块的存储地址、擦除次数及有效标识相互关联。存储块的存储地址根据擦除次数依次链接，形成存储地址数据链。

地址分配器12包括待使用存储块的存储地址，用于在存储器需要被写入时分配存储地址。

均衡管理器13则在地址分配器12的存储量小于阈值时，根据存储地址数据链，将擦除次数最少，且有效标识为有效的存储地址写入到地址分配器12中。

其中地址分配器12和均衡管理器13可对应一个硬件设备，也可分别对应不同的硬件设备。

进一步的，在磨损均衡系统100中还可包括地址回收器，坏块管理器等，地址回收器用于记录被擦除的存储块，均衡管理器可通过地址回收器判断存储块是否被擦除，坏块管理器用于标识无法写入的存储块，具体不再赘述。

本发明中所构建的磨损均衡系统能够实现对存储空间的磨损均衡管理，使得存储空间的存储块磨损程度一致，保证数据安全，提高存储器的使用寿命。

对于当前集成存储器和控制器的存储装置，例如eMMC、SATA SSD、PCIe SSD等。也可采用上述磨损均衡方法，以提高存储装置的性能。具体请参阅图5，图5是本发明存储装置一实施例的结构示意图。存储装置200包括存储器21和控制器22。

存储器21的存储空间划分为多个存储块，控制器22用于管理控制该存储器21，实现存储器21的存储空间的磨损均衡管理。具体来说：控制器22能够建立存储块链表；在使用存储器21的过程中，判断地址分配器中的存储量是否小于阈值，地址分配器包括待使用存储块的存储地址。当地址分配器中的存储地址小于阈值时，控制器22根据存储地址数据链，将擦出次数最少，且有效标识为有效的存储地址写入地址分配器中。

具体实现过程即控制器22加载并运行一段计算机程序，以实现上述磨损均衡方法。从而对存储器21的存储空间进行磨损均衡管理，使得存储块的磨损程度趋于一致，从而提高存储器21的使用寿命。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种存储空间的磨损均衡方法，其特征在于，所述存储空间划分为多个存储块，所述磨损均衡方法包括：

建立存储块链表，所述存储块链表包括所有存储块的存储地址、擦除次数及有效标识，其中，所述存储地址、擦除次数及有效标识相互关联；所有存储块的存储地址根据所述擦除次数依次链接，形成存储地址数据链；

判断地址分配器中的存储量是否小于阈值，所述地址分配器包括待使用存储块的存储地址；

若是，则根据所述存储地址数据链，将所述擦除次数最少，且有效标识为有效的存储地址写入所述地址分配器中。

2.根据权利要求1所述的磨损均衡方法，其特征在于，所述建立存储块链表包括初始化所述存储块链表，包括：

将所有存储块的擦除次数设置为1，所有存储块的有效标识设置为有效；

所述存储块的存储地址根据其自身的大小依次链接，形成存储地址数据链。

3.根据权利要求2所述的磨损均衡方法，其特征在于，所述建立存储块链表包括更新所述存储块链表，包括：

检测到一存储块被写入时，将被写入的存储块的有效标识设置为无效；

检测到一存储块被擦除时，将被擦除的存储块的擦除次数加1，且将有效标识设置为有效，并根据修改后的擦除次数更新所述存储地址数据链。

4.根据权利要求1所述的磨损均衡方法，其特征在于，所述地址分配器采用先进先出的方式。

5.一种存储空间的磨损均衡系统，其特征在于，所述磨损均衡系统包括：

存储器，所述存储器的存储空间划分为多个存储块；所述存储器包括存储块链表，所述存储块链表包括所有存储块的存储地址、擦除次数及有效标识，其中，所述存储地址、擦除次数及有效标识相互关联；所有存储块的存储地址根据所述擦除次数依次链接，形成存储地址数据链；

地址分配器，包括待使用存储块的存储地址；以及

均衡管理器，在所述地址分配器的存储量小于阈值时，根据所述存储地址数据链，将所述擦除次数最少，且有效标识为有效的存储地址写入所述地址分配器中。

6.根据权利要求5所述的磨损均衡系统，其特征在于，所述存储块链表在初始化时，其中，所有存储块的擦除次数均为1，所有存储块的有效标识均为有效；所述存储块的存储地址根据其自身的大小依次链接，形成存储地址数据链。

7.根据权利要求6所述的磨损均衡系统，其特征在于，所述存储块被写入时，所述均衡管理器将所述存储块链表中被写入的存储块的有效标识修改为无效；所述存储块被擦除时，所述存储块链表中被擦除存储块的擦除次数加1，有效标识修改为有效，存储地址数据链根据修改后的擦除次数进行更新。

8.一种存储装置，其特征在于，所述存储装置包括存储器和控制器，所述存储器的存储空间划分为多个存储块，所述控制器用于：

建立存储块链表，所述存储块链表包括所有存储块的存储地址、擦除次数及有效标识，其中，所述存储地址、擦除次数及有效标识相互关联；所有存储块的存储地址根据所述擦除次数依次链接，形成存储地址数据链；

判断地址分配器中的存储量是否小于阈值，所述地址分配器包括待使用存储块的存储地址；

若是，则根据所述存储地址数据链，将所述擦除次数最少，且有效标识为有效的存储地址写入所述地址分配器中。

9.根据权利要求8所述的存储装置，其特征在于，所述控制器进一步用于初始化所述存储块链表，包括：

将所有存储块的擦除次数设置为1，所有存储块的有效标识设置为有效；

所述存储块的存储地址根据其自身的大小依次链接，形成存储地址数据链。

10.根据权利要求9所述的存储装置，其特征在于，所述控制器进一步用于更新所述存储块链表，包括：

检测到一存储块被写入时，将被写入的存储块的有效标识设置为无效；

检测到一存储块被擦除时，将被擦除的存储块的擦除次数加1，且将有效标识设置为有效，并根据修改后的擦除次数更新所述存储地址数据链。