CN108089991A - 固态硬盘重建对照表的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种固态硬盘重建对照表的方法。该固态硬盘重建对照表的方法包括,在缓冲存储器动态维护对照表,接着进行定期备份对照表,同时处理用户数据及对照表备份写入快闪存储器阵列,且在缓冲存储器同时记录备份期间对照表与对照表备份的差异,在完成写入对照表备份至快闪存储器阵列时,接续将差异备份至快闪存储器阵列,开机后读取对照表备份及差异备份,在缓冲存储器中,根据差异备份更新对照表备份,以在维持用户数据写入效能,不需增加硬件成本下,加速重建对照表。
Description
技术领域
本发明涉及一种固态硬盘,尤其涉及固态硬盘在开机时重建逻辑物理对照表的方法。
背景技术
固态硬盘(Solid State Drive,简称SSD)是由与非门快闪存储器阵列(NANDFlash Memory Array)整合成为单一的储存装置。因快闪存储器具有擦除次数限制,数据需分散储存在固态硬盘的快闪存储器阵列,并利用逻辑物理对照表(Logical to PhysicalMapping Table,以下简称对照表),管理数据的逻辑地址与实际储存在快闪存储器的物理地址的对照关系,以便快速搜索及存取固态硬盘的数据。
如图8所示,现有技术的固态硬盘在开机启动时,为了管理数据的逻辑地址与实际储存在快闪存储器阵列1的物理地址的关系,先读取快闪存储器阵列1中各数据区块的管理数据,形成数据的逻辑地址与物理地址的对照表,储存在缓冲存储器2中。由于缓冲存储器2属于易失性的随机存取的存储器,一关机断电,缓冲存储器2的存储数据立即消失,连带对照表也跟着消失。因此需要将对照表备份在非易失的快闪存储器阵列1,以便开机复电后,读取快闪存储器阵列1的对照表的备份,在缓冲存储器2中快速重建对照表。
现有技术的固态硬盘在备份对照表,为了避免影响缓冲存储器2中用户数据(UserData)的存取效能,通常利用用户数据3存取的空档,将对照表写入快闪存储器阵列1进行备份。但在备份对照表时,主机时常指令固态硬盘存取用户数据3。如果备份对照表数据4不多,固态硬盘可及时回应主机的指令,不致过度影响用户数据3的存取效能。一旦备份对照表数据4过多,固态硬盘需要较长的时间写入备份,无法回应主机的指令,用户数据3的存取效能将受到严重的影响,甚至存取效能降为零,导致用户须等待较久时间或空等。
因此另有现有技术的固态硬盘将备份的对照表数据4,与用户数据3存取同时写入快闪存储器阵列1。虽然用户数据3的存取效能与备份对照表的写入效能都会受到影响,但是对照表数据4相对较少,用户数据3的存取效能可维持在一定的水准,且能防止用户数据3的存取效能降为零,让用户无空等的感觉,以防止用户产生降低效能的印象。
然而,前述现有技术将对照表备份送至快闪存储器阵列1写入时,同时写入快闪存储器阵列1的部分用户数据5,已使缓冲存储器2中的对照表产生差异。一旦关机,固态硬盘将缓冲存储器2中尚存的用户数据3径行写入快闪存储器阵列1,而已写入的对照表并无法进行更新差异。因而在重开机时,现有技术的固态硬盘除需读取对照表备份,仍需耗时对固态硬盘全区扫描有记录的数据区块,找出差异进行更新,才能完整重建对照表,降低固态硬盘的开机效率。因此,固态硬盘在重建对照表的方法上,仍有问题亟待解决。
发明内容
本发明的目的提供一种固态硬盘重建对照表的方法,通过将对照表备份写入快闪存储器阵列同时,另行记录对照表产生的差异,并将差异备份接续对照表备份写入快闪存储器阵列,开机时读取对照表备份及差异备份,以便维持存取效能下,加速重建对照表。
本发明的另一目的提供一种固态硬盘重建对照表的方法,在备份期间终止的同时,记录用户数据写入的数据页作为标志数据页,并记录接续的空白数据区块,重开机时读取标志数据页后及接续的空白数据区块有记录的数据页,根据接续有记录数据页的标记时间递增顺序,重建该备份期间终止后用户数据再写入数据页所对应对照表项目,以节省重建对照表的时间。
为了达到前述发明的目的,本发明固态硬盘重建对照表的方法,在缓冲存储器动态维护对照表,接着进行定期备份对照表,同时处理用户数据及对照表备份写入快闪存储器阵列,且在缓冲存储器同时记录备份期间对照表与对照表备份的差异,在完成写入对照表备份至快闪存储器阵列时,接续将差异备份至快闪存储器阵列,开机后读取对照表备份及差异备份,在缓冲存储器中,根据差异备份更新对照表备份,建立对照表。
本发明另一实施例固态硬盘重建对照表的方法,在备份期间终止,开始接续写入差异备份的同时,记录用户数据写入的数据页,作为标志数据页,并同时记录接续使用的空白数据区值。在开机根据差异备份更新对照表备份建立对照表后,续读取记录的标志数据页,并依预设的编程顺序读取标志数据页后有数据记录的数据页,并读取接续使用的空白数据区块有数据记录的数据页。比较读取的数据页的时间标记无递增于标志数据页的时间标记,利用建立的对照表,完成重建对照表。如果比较读取的数据页的时间标记有递增于标志数据页的时间标记,以读取的数据页更新建立的对照表,再完成重建对照表。
附图说明
图1为本发明电子装置储存系统的功能方块图。
图2为本发明固态硬盘备份对照表的示意图。
图3为本发明固态硬盘重建对照表的流程图。
图4为本发明另一实施例固态硬盘备份对照表的示意图。
图5为本发明快闪存储器阵列的架构图。
图6为本发明数据页的数据架构图。
图7为本发明另一实施例固态硬盘重建对照表的流程图。
图8为先前技术固态硬盘备份对照表的示意图。
附图符号说明
10 电子装置储存系统
11 主机
12 中央处理器
13 动态随机存储器
14 传输接口
15 固态硬盘
16 控制器
17 缓冲存储器
18 快闪存储器阵列
19 快闪存储器
19a 数据区块
19b 数据页
20 对照表
21,21a,21b 用户数据
22 对照表备份
23 差异
24 差异备份
30 指定数据区块
31 时间标记栏
32 标志数据页
33 空白数据区块
具体实施方式
有关本发明为达成上述目的,所采用的技术手段及其功效,兹举较佳实施例,并配合附图加以说明如下。
请同时参阅图1及图2,图1为本发明电子装置储存系统的功能方块图,图2为本发明固态硬盘备份对照表的示意图。图1中,本发明电子装置储存系统10,在主机11设中央处理器(CPU)12及动态随机存储器(DRAM)13,由中央处理器12配合动态随机存储器13将存取用户数据的逻辑地址的指令,发出至连接在传输接口14的固态硬盘(SSD)15,固态硬盘15内设控制器16及缓冲存储器17,由控制器16配合缓冲存储器17接收主机11的存取数据的逻辑地址的指令,至相对应逻辑地址的快闪存储器阵列18中快闪存储器19的物理地址,存取数据到缓冲存储器17,再传输至主机11的动态随机存储器13,以供主机11备用。
另外固态硬盘15也会定期启动垃圾回收机制(Garbage Collection),将快闪存储器19的数据区块中有效数据页先行一一读取用户数据至缓冲存储器17,再回存至其他数据区块,然后擦除该数据区块的数据,形成空白的数据区块回收备用。本发明将垃圾回收机制及主机存取的用户数据,分开写入不同的数据区块,以提高固态硬盘15的存取效能。
为了管理数据的逻辑地址与储存在快闪存储器阵列18的物理地址的相对关系,固态硬盘15在启动时,先读取快闪存储器阵列18中各快闪存储器19的数据区块的管理数据,形成图2中数据的逻辑地址与物理地址的对照表20,储存在缓冲存储器17中。且为了防止易失性的缓冲存储器17在断电时对照表20的存储数据消失,定期的将对照表20备份到非易失的快闪存储器阵列18。
由于固态硬盘15的控制器16,受机器本身效能的限制,单位时间处理的数据有一定数量的上限。图2中,本发明为了维持用户数据21一定水准的存取效能,并避免过度处理对照表备份22,而影响用户数据21的存取效能。本发明将缓冲存储器17的对照表20备份至快闪存储器阵列18时,让控制器16同时处理写入缓冲存储器17的用户数据21及对照表备份22。控制器16同时处理写入的用户数据21及对照表备份22,虽然两者的效能都会下降,但处理对照表备份22的数据量相对较少,对写入的用户数据21影响较少,可提升用户数据21的存取效能。
一旦将对照表备份22备份至快闪存储器阵列18,在备份期间T同时写入的用户数据21a,将动态改变缓冲存储器17中的对照表20,而使对照表20与正写入的对照表备份22产生差异,且正写入的对照表备份22无法随着差异进行更新。因此本发明为了维持存取效能且保持对照表备份22的正确性,将同时写入用户数据21a引起改变的对照表20,与对照表备份22产生的差异,另行记录差异23在缓冲存储器17中,并在完成写入对照表备份22至快闪存储器阵列18时,接续对照表备份22将差异备份24写入快闪存储器阵列18。如果进行关机,且缓冲存储器17中无待写入的用户数据21,再开机后,固态硬盘15将读取快闪存储器阵列18中对照表备份22及差异备份24,并根据差异备份24更新对照表备份22,在缓冲存储器17中快速重建对照表20。
如图3所示,为本发明固态硬盘重建对照表的流程图。本发明固态硬盘重建对照表方法的详细步骤说明如下:首先步骤S1,在缓冲存储器动态维护对照表;在步骤S2,进行定期备份对照表;在步骤S3,同时处理用户数据及对照表备份写入快闪存储器阵列;步骤S4,同时记录备份期间对照表与对照表备份的差异;在步骤S5,在完成写入对照表备份至快闪存储器阵列时,接续将差异备份写入快闪存储器阵列;步骤S6,开机后读取对照表备份及差异备份;最后在步骤S7,在缓冲存储器中,根据差异备份更新对照表备份,重建对照表。
因此,本发明的固态硬盘重建对照表的方法,就可通过将对照表备份写入快闪存储器阵列同时,另行记录同时写入用户数据所产生对照表的差异,并将差异备份接续在对照表备份后写入至快闪存储器阵列,开机时读取对照表备份及差异备份,根据差异备份更新对照表备份,以便维持固态硬盘的用户数据存取效能,且不需增加硬件成本下,达到加速重建对照表的目的。
请同时参考图4至图6,图4为本发明另一实施例固态硬盘重建对照表的方法,图5为本发明快闪存储器阵列的架构图,图6为本发明数据页的数据架构图。本实施例与前实施例基本架构相似,主要差异在前实施例在进行关机时缓冲存储器中无待写入的用户数据,而本实施例在进行关机时缓冲存储器中尚有待写入的用户数据,为了避免重复,对相同构成本实施例沿用前实施例的件号,应当事先讲明。图4中,本实施例固态硬盘重建对照表的方法,将对照表备份22写入至快闪存储器阵列18,同样对在备份期间T同时写入的用户数据21a,动态改变对照表20的差异记录在缓冲存储器17中,并在完成写入对照表备份22至快闪存储器阵列18时,接续将差异备份24写入快闪存储器阵列18。其后已写入一些用户数据如果进行关机,而缓冲存储器17中尚有待写入的用户数据,固态硬盘将缓冲存储器17中尚存的用户数据径行写入快闪存储器阵列18,因此造成备份期间T之后写入的用户数据21b,未记录在差异备份24,而已写入的对照表备份22及差异备份24并无法进行更新,导致对照表备份22错误。
图5中,为了弥补前述对照表备份22的错误,本发明写入的快闪存储器阵列18包含例如n个多个快闪存储器19,每个快闪存储器19包含例如m个多个数据区块19a,每个数据区块19a通常包含256个数据页19b。本发明同时写入用户数据21、对照表备份22及差异备份24至快闪存储器阵列18时,将对照表备份22及差异备份24通常写入指定数据区块30。图6中,在每个数据页19b的数据架构(Data Frame),将其中一字段作为时间标记栏31,记录写入对照表备份22的时间t作为时间标记。当固态硬盘重开机时,本发明由指定数据区块30读取时间标记栏记录最新时间t的数据页,由该数据页记录的对照表备份22及差异备份24,在缓冲存储器17建立对照表20。
本发明对于写入的用户数据21,因用户数据21数据量多,而每个快闪存储器19具有擦除次数限制的产品寿命,采取分散储存的策略,以免过度集中的写入,影响快闪存储器19的使用寿命。因此在备份期间T之后关机径行写入的用户数据21b,未记录在差异备份24中,如单凭数据页的时间标记栏寻找,需要扫描全区的固态硬盘,进行时间标记的比对,相当耗时。因此,本发明对于备份期间T之后写入的用户数据21b,在备份期间T终止,开始接续写入差异备份24的同时,记录用户数据21b写入的快闪存储器19的数据区块19a的数据页19b,作为标志数据页32,并记录接续使用的空白数据区块33。
因每个快闪存储器19为了避免影响相邻数据页19b间编程的电压,采取间隔式电压编程,因此每个快闪存储器19都有预设的数据页19b页次的编程顺序。当固态硬盘重开机时,本发明读取记录的标志数据页32,并依预设的编程顺序读取其后以及接续使用的空白数据区块33有数据记录的数据页19b,并以标志数据页32的时间标记栏的时间标记t,找递增于时间标记t的数据页19b,更新在缓冲存储器17建立对照表20,不需扫描全区的固态硬盘,就可完整重建对照表20。
如图7所示,为本发明另一实施例固态硬盘重建对照表的流程图。本实施例固态硬盘重建对照表方法的详细步骤说明如下:首先步骤T1,在缓冲存储器动态维护对照表;在步骤T2,进行定期备份对照表;步骤T3,同时处理用户数据及对照表备份写入快闪存储器阵列;步骤T4,同时记录备份期间对照表与对照表备份的差异;在步骤T5,在完成写入对照表备份至快闪存储器阵列时,接续将差异备份写入快闪存储器阵列;步骤T6,在备份期间终止,开始接续写入差异备份的同时,记录用户数据写入的标志数据页,并记录接续使用的空白数据区值;步骤T7,开机后读取对照表备份及差异备份,根据差异备份更新对照表备份,建立对照表;在步骤T8,读取记录的标志数据页,并依预设的编程顺序读取其后以及接续使用的空白数据区块有数据记录的数据页;在步骤T9,比较数据页的时间标记是否递增于标志数据页的时间标记?如果无递增于标志数据页的时间标记的数据页,则至步骤T10以建立的对照表完成重建对照表,如果有递增于标志数据页的时间标记的数据页,则至步骤T11更新建立的对照表,再至步骤T10,完成重建对照表。
因此,本发明种固态硬盘重建对照表的方法,就可在备份期间终止的同时,记录用户数据正写入的数据页作为标志数据页,并记录接续的空白数据区块,重开机时读取标志数据页后及接续的空白数据区块有记录的数据页,经由标志数据页的标记时间为基准,找出较新的标记时间的数据页,更新建立的对照表,达到节省重建对照表时间的目的。
以上所述的仅为用以方便说明本发明的较佳实施例,本发明的范围不限于这些较佳实施例,凡依据本发明所做的任何变更,在不脱离本发明的精神下,都属于本发明权利要求书的范围。
Claims (9)
1.一种固态硬盘重建对照表的方法,其步骤包含:
在缓冲存储器动态维护对照表;
进行定期备份对照表;
同时处理用户数据及对照表备份写入快闪存储器阵列;
同时记录备份期间对照表与对照表备份的差异;
在完成写入对照表备份至快闪存储器阵列时,接续将差异备份至快闪存储器阵列;
开机后读取对照表备份及差异备份;
在缓冲存储器中,根据差异备份更新对照表备份,建立对照表。
2.如权利要求1所述的固态硬盘重建对照表的方法,其中该对照表与对照表备份的差异记录在缓冲存储器。
3.如权利要求1所述的固态硬盘重建对照表的方法,其中在备份期间终止,开始接续写入差异备份的同时,记录用户数据写入的数据页,作为标志数据页。
4.如权利要求3所述的固态硬盘重建对照表的方法,其中在备份期间终止,同时记录接续使用的空白数据区值。
5.如权利要求4所述的固态硬盘重建对照表的方法,其中在开机建立对照表后,续读取记录的标志数据页及标志数据页后有数据记录的数据页。
6.如权利要求5所述的固态硬盘重建对照表的方法,其中该标志数据页后有数据记录的数据页具有预设的编程顺序。
7.如权利要求5所述的固态硬盘重建对照表的方法,其中在开机建立对照表后,读取接续使用的空白数据区块有数据记录的数据页。
8.如权利要求7所述的固态硬盘重建对照表的方法,其中比较读取的数据页的时间标记无递增于标志数据页的时间标记,利用建立的对照表,完成重建对照表。
9.如权利要求7所述的固态硬盘重建对照表的方法,其中比较读取的数据页的时间标记有递增于标志数据页的时间标记,以该读取的数据页更新建立的对照表,再完成重建对照表。
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