CN107832007A - 一种提高ssd综合性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高SSD综合性能的方法,其特征在于固态硬盘控制器的写缓存采用2级缓存,第一级为部分写缓存,第二级为满写缓存；部分写缓存和满写缓存以物理页大小为一个缓存页单位进行管理,一个物理页包括N个主机的逻辑数据块；固态硬盘控制器新收到主机的写命令是,优先将数据写入部分写缓存中,当部分写缓存中的某个缓存页数据被写满,则将该部分写缓存中的缓存页的数据搬移到满写缓存中；固态硬盘控制器的后台只执行将满写缓存中缓存的数据写入实际的FLASH存储空间中；部分写缓存暂时不写入实际的FLASH存储空间中。通过设置两级缓存，保证实际写入FLASH的存储空间的每个页是满数据的，大大降低读改写RMW触发的概率，明显提升SSD的综合性能。

Description

一种提高SSD综合性能的方法
技术领域
本发明涉及固态硬盘控制技术，特别涉及一种提高SSD综合性能的方法。
背景技术
对于企业级的固态硬盘(SSD)而言，仅仅用性能和IOPS(Input/OutputOperations Per Second即每秒进行读写(I/O)操作的次数)去考量SSD是不全面的。更重要的是服务质量，即Qos(quality of service)。
服务质量可以简单理解为SSD性能的一致性或稳定性。其并不是单纯的带宽、IOPS或者平均延迟，而是这些因素综合到一起后的SSD的平均性能。在企业级应用环境下，每一秒的延迟都有可能给业务带来极大的影响，对于要求万事俱掌握手中的企业级数据中心而言，SSD性能的一致性就显得尤为重要。
图1是读改写操作流程示意图，假设固件中的映射单元为物理page(4KB)，即映射表中每个最小单元记录了主机中某8个连续逻辑块LBA(512B)与某个物理页PAGE_x的对应关系，由于存储介质的特性，当主机复写了这8个LBA中的任意一个LBA的数据，该映射关系就得改变，即这8个LBA都得被映射到新的物理页PAGE_y，并且固件需要做读改写操作(简称RMW操作)把原物理页PAGE_x中未被复写的数据搬到新的物理页PAGE_y。显然读改写操作为SSD内部额外的对存储介质的读写操作，这会占用后端带宽，使得前端(主机业务)性能不稳定，即降低了服务质量。
图2是常规的缓存策略示意图，主机的写数据是先缓存在写cache中，待cache满了再把数据刷到存储介质，由于映射单元为4KB，所以写cache中将连续的8个LBA作为一个逻辑页(LPA)来管理。显然当写cache中某个LPA是满的(满指的是8个LBA的数据都被主机写了)，那么当它被刷到存储介质时不需要做RMW操作，直接修改映射关系即可，即不影响SSD性能。如果某个LPA只有部分LBA被主机改写，那么这个LPA被刷到存储介质时需要做RMW操作，降低SSD性能。当主机持续发起LBA级别的随机业务时，SSD的性能将会极不稳定，服务质量很差。
发明内容
针对以上缺陷，本发明目的是如何降低RMW操作的频率,实现提高SSD综合性能的目的。
为了解决以上问题本发明提出了一种提高SSD综合性能的方法,其特征在于固态硬盘控制器的写缓存采用2级缓存,第一级为部分写缓存,第二级为满写缓存；部分写缓存和满写缓存以物理页大小为一个缓存页单位进行管理,一个物理页包括N个主机的逻辑数据块；固态硬盘控制器新收到主机的写命令是,优先将数据写入部分写缓存中,当部分写缓存中的某个缓存页数据被写满,则将该部分写缓存中的缓存页的数据搬移到满写缓存中；固态硬盘控制器的后台只执行将满写缓存中缓存的数据写入实际的FLASH存储空间中；部分写缓存暂时不写入实际的FLASH存储空间中。
所述的提高SSD综合性能的方法,其特征在于当固态硬盘控制器接收到掉电或关机通知时,强制性将部分写缓存和满写缓存的所有数据都写入实际的FLASH存储空间中。
所述的提高SSD综合性能的方法,其特征在于所述部分写缓存的空间大小大于满写缓存的空间大小。
本发明的有益效果是：通过设置两级缓存，保证实际写入FLASH的存储空间的每个页是满数据的，大大降低读改写RMW触发的概率，明显提升SSD的综合性能。
附图说明
图1是读改写操作流程示意图；
图2是常规的缓存策略示意图；
图3是双缓存示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
当主机连续发起LBA级别的随机业务时，在现有写cache策略下，会频繁发生RMW操作，严重影响SSD的服务质量。
本实施例提出一种新的写cache策略：根据分析与统计主机一直在做LBA级别的随机业务，那么写cache中未被写满的LPA有很大概率会被慢慢写满，写满后的LPA再刷到存储介质就不需要RMW操作了。本实施例提出双缓存设计，图3是双缓存示意图；即硬盘控制器将硬盘控制器的系统内存划分出两个写缓存：部分写缓存partial cache和满写缓存fullcache。主机发起的LBA写数据首先写到部分写缓存partial cache，一开始新写入部分写缓存partial cache中的LPA基本都是不满的，随着主机不断写入，部分LPA会被写满；当系统检测到某个页的LPA写满了，那么将写满的页上所有LPA搬移到满写缓存full cache中，因此可以保证满写缓存full cache中的所有LPA都是满的，所以满写缓存full cache刷到存储介质是不需要做RMW的。部分写缓存partial cache的容量一般设置要比满写缓存fullcache要大，这样才能保证它的生命周期长，就不会轻易被刷到存储介质了，如此大大降低了RMW的触发频率，明显提升了SSD的服务质量。
以上所揭露的仅为本发明一种实施例而已，当然不能以此来限定本之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (3)

1.一种提高SSD综合性能的方法,其特征在于固态硬盘控制器的写缓存采用2级缓存,第一级为部分写缓存,第二级为满写缓存；部分写缓存和满写缓存以物理页大小为一个缓存页单位进行管理,一个物理页包括N个主机的逻辑数据块；固态硬盘控制器新收到主机的写命令是,优先将数据写入部分写缓存中,当部分写缓存中的某个缓存页数据被写满,则将该部分写缓存中的缓存页的数据搬移到满写缓存中；固态硬盘控制器的后台只执行将满写缓存中缓存的数据写入实际的FLASH存储空间中；部分写缓存暂时不写入实际的FLASH存储空间中。
2.根据权利要求1所述的提高SSD综合性能的方法,其特征在于当固态硬盘控制器接收到掉电或关机通知时,强制性将部分写缓存和满写缓存的所有数据都写入实际的FLASH存储空间中。
3.根据权利要求2所述的提高SSD综合性能的方法,其特征在于所述部分写缓存的空间大小大于满写缓存的空间大小。
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