CN108132760A - 一种提升ssd读性能的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种提升SSD读性能的方法及系统，包括：根据读命令对应的所读数据的长度和所处逻辑页，向FTL层发起读请求；FTL层根据接收到的读请求向NFC层发起二次读请求；NFC根据所述二次读请求中的读命令是否存在4K读标记，选择不同的模式来读Flash数据。当命令对应的所读数据的长度较小时且均处于同一逻辑页，则可以选择普通单页模式，否则选择多页并发模式，这样避免了处于同一逻辑页的小长度数据使用多页并发模式的问题，节省了SSD在小IO随机读的时间，提高了SSD的读性能。

Description

一种提升SSD读性能的方法及系统
技术领域
本申请涉及固态硬盘技术领域，尤其涉及一种提升SSD读性能的方法及系统。
背景技术
SSD(Solid State Drives,固态硬盘)相较于传统的机械硬盘来说，有着高性能、高可靠性、防震等一系列的优点，目前正广泛地取代着机械硬盘的市场与应用。对于大文件的存储访问，SSD的带宽是传统硬盘的几十倍，优势明显。
现有技术中为了提升SSD的读性能，比如从前端命令处理着手，优化FTL(Flashtranslation layer，闪存转换层)算法，针对性地对某些IO场景去优化命令数据路径、减小延迟等。还有影响SSD最根本的存储载体-Nand Flash，提升Nand Flash接口频率、采用Flash的多页并发读或编程操作都可以大大地提升SSD的性能。
现在常用的Nand颗粒都可以支持两页或四页的并发读或编程操作，基本都使用Flash的多页并发读或编程操作，将Flash或系统的读写带宽提高到了单页操作的2倍或4倍左右。然并不是所有场景都适合多页操作，SSD的使用中还有很多小文件存储的场景，例如Win7及以上的系统使用的NTFS文件系统格式，系统默认文件最小就是4K(不足4k自动补齐到4K)，对于某些读小IO场景，如IO大小小于Flash的页大小时，只读单页的数据就可以满足需求。因为在多页并发读操作中，多页并发读的潜伏期较普通单页读略长一些，多页读操作依次发送页面选择命令，每次页选择之间有间隙时间，从而降低了SSD的读性能。
发明内容
本申请提供了一种提升SSD读性能的方法及系统，以解决传统的SSD在小IO随机读时耗时长，降低了SSD的读性能的问题。
为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：
一种提升SSD读性能的方法，所述方法包括：根据读命令对应的所读数据的长度和所处逻辑页，向FTL层发起读请求；FTL层根据接收到的读请求向NFC(Nand FlashController，Nand Flash控制器)层发起二次读请求；NFC根据所述二次读请求中的读命令是否存在4K读标记，选择不同的模式来读Flash数据。
可选地，所述根据读命令对应的所读数据的长度和所处逻辑页，向FTL层发起读请求，包括：如果所读数据长度是4K或小于4K且所读数据范围都在同一逻辑页，则标记读命令为4K读，并向FTL层发起读请求；如果所读数据长度是大于4K和/或所读数据范围不在同一逻辑页，则不作标记，并向FTL层发起读请求。
可选地，所述FTL层根据接收到的读请求向NFC层发起二次读请求，包括：所述FTL层获取所读数据所处逻辑页对应的逻辑页地址；将所述逻辑页地址转换为Flash物理地址；根据所述物理地址向所述NFC层发起读请求。
可选地，所述NFC根据所述二次读请求中的读命令是否存在4K读标记，选择不同的模式来读Flash数据，包括：如果所述读命令存在4K读标记，切换到普通单页读模式；如果所述读命令不存在4K读标记，向Flash发送多页并发读请求。
可选地，所述切换到普通单页读模式包括：判断所述读命令是否满足快速读操作；如果所述读命令满足快速读操作，则向Flash发送快读操作请求；如果所述读命令不满足快速读操作，则向Flash发送单页读命令。
一种提升SSD读性能的系统，所述系统包括：第一读请求模块，用于根据读命令对应的所读数据的长度和所处逻辑页，向FTL层发起读请求；第二读读请求模块，用于FTL层根据接收到的读请求向NFC层发起二次读请求；读命令处理模块，用于NFC根据所述二次读请求中的读命令是否存在4K读标记，选择不同的模式来读Flash数据。
可选地，所述第一读请求模块包括：读命令处理单元，用于如果所读数据长度是4K或小于4K且所读数据范围都在同一逻辑页，则标记读命令为4K读；如果所读数据长度是大于4K和/或所读数据范围不在同一逻辑页，则不作标记；第一读请求单元，用于向FTL层发起读请求。
可选地，所述第二读读请求模块包括：获取单元，用于所述FTL层获取所读数据所处逻辑页对应的逻辑页地址；转换单元，用于将所述逻辑页地址转换为Flash物理地址；第二读请求单元，用于根据所述物理地址向所述NFC层发起读请求。
可选地，所述读命令处理模块包括：判断单元，用于判断所述读命令是否存在4K读标记；第一切换单元，用于如果所述读命令存在4K读标记，切换到普通单页读模式；第二切换单元，用于如果所述读命令不存在4K读标记，向Flash发送多页并发读请求。
可选地，所述第一切换单元包括：判断子单元，用于判断所述读命令是否满足快速读操作；第一读请求子单元，用于如果所述读命令满足快速读操作，则向Flash发送快读操作请求；第二读请求子单元，用于如果所述读命令不满足快速读操作，则向Flash发送单页读请求。
由上述技术方案可见，本申请实施例提供的一种提升SSD读性能的方法及系统，包括：根据读命令对应的所读数据的长度和所处逻辑页，向FTL层发起读请求；FTL层根据接收到的读请求向NFC层发起二次读请求；NFC根据所述二次读请求中的读命令是否存在4K读标记，选择不同的模式来读Flash数据。当命令对应的所读数据的长度较小时且均处于同一逻辑页，则可以选择普通单页模式，否则选择多页并发模式，这样避免了处于同一逻辑页的小长度数据使用多页并发模式的问题，节省了SSD在小IO随机读的时间，提高了SSD的读性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的提升SSD读性能的方法的一个实施例的流程示意图；
图2为本申请提供的提升SSD读性能的系统的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请进行详细说明。
参见图1为本申请提供的一个实施例的流程示意图，如图1所示，所述方法包括：
S101，根据读命令对应的所读数据的长度和所处逻辑页，向FTL层发起读请求。
目前使用的Flash的页大小大多是4KB的整数倍，一般是4KB\8KB\16KB+冗余空间(冗余空间多用于数据ECC校验码或Flag存放，这里忽略)。应用中很多数据的文件系统格式以4K对齐方式进行存储访问。为了与系统应用匹配，性能最优，SSD的FTL层Mapping映射算法采用4K Mapping，即将主机数据根据LBA划分成一个个4KB大小的逻辑页面，每个逻辑页映射到一个Flash物理地址上，按此方式管理主机数据。所以当FTL层管理数据向Flash中写时，各逻辑页数据肯定保存在同一Flash页内，不会跨页存储。本文中提出的方法可以支持的性能优化针对如下：IO命令所读数据范围落在同一逻辑页的场景，即4K或小于4K的随机读，这样读数据时可以只发送对应Flash页读命令。
本实施例中如果所读数据长度是4K或小于4K且所读数据范围都在同一逻辑页，则标记读命令为4K读，并向FTL层发起读请求；如果所读数据长度是大于4K和/或所读数据范围不在同一逻辑页，则不作标记，并向FTL层发起读请求。
S102，FTL层根据接收到的读请求向NFC层发起二次读请求。
所述FTL层获取所读数据所处逻辑页对应的逻辑页地址；将所述逻辑页地址转换为Flash物理地址，Flash物理地址包含物理块地址、物理地址以及物理页内偏移地址。根据所述物理地址向所述NFC层发起读请求。
S103，NFC根据所述二次读请求中的读命令是否存在4K读标记，选择不同的模式来读Flash数据。
如果所述读命令存在4K读标记，切换到普通单页读模式；如果所述读命令不存在4K读标记，向Flash发送多页并发读请求。如果切换到普通单页读模式，判断所述读命令是否满足快速读操作；如果所述读命令满足快速读操作，则向Flash发送快读操作请求；如果所述读命令不满足快速读操作，则向Flash发送单页读命令。
4K随机读模式下单在Flash侧的理论IOPS计算。读数据在同一逻辑页内，那么数据肯定映射到同一Flash页内，根据读数据长度也不存在通道或多CE并发，那么完成一次4K读，所需要的时间就是Flash的潜伏期时间TR和4KB数据的传输时间Ttrf,IOPS读速度V4K如下：
其中
当Flash接口频率一定时，传输带宽固定，我们可节省的时间就是TR。假若Flash接口带宽是266MB/s，一般Ttrf约18微秒。而将数据从Flash阵列读到Flash缓存的潜伏期时间TR占较大比例，一般TR有几十微秒到100多微秒不等，各Flash因设计和页长度而不同。从实际使用可看到同一颗粒，多页读并发的TR比单页读的TR长，且发送多页读选择命令，每多一个页需多0.5-1微秒。
快速读可以只读Flash页中一半的数据到Flash缓存中，相较于把整个Flash页的数据从Flash阵列中读到Flash缓存中，快速读操作把Flash的读潜伏期时间大大减小。读4K时应用快速读功能，速度可以快上很多。
以B16A Flash为例，B16A Flash的快速读潜伏期51微秒，普通页读潜伏期68微秒。时间相差达17微秒长，用快速读操作Flash响应更快，对4K随机读的IOPS性能有明显提升。
快速读功能是Flash的一项高级特性，有两种方式使能这个功能：一是通过配置特性命令(一般Flash的设置特性命令都是0xEF)对快速读功能特性地址(颗粒操作手册中会提供支持的特性及说明，镁光颗粒快速读功能特性地址是F5h)进行设置使能，一是快速读操作命令使能。某些3D Nand有单独的快速读操作命令，可直接用此命令从Flash中读数据，使用方便。如是通过第一种模式使能，使用时注意使用单页读命令。
快速读功能中每次读取页内一半数据。若Flash页的大小是16KB+冗余空间，16KB是用户数据长度，冗余空间用于ECC校验。主控架构中根据纠错能力每KB的数据后需要一百多字节的ECC校验数据。快速读功能将一个Flash页分成3个8KB+冗余空间/2长的数据段来读，每次读起始地址分别从0KB、4KB+冗余空间/4、8KB+冗余空间/2起，可以保证每次4K读的数据地址刚好落在这几个区间内。如B16A的冗余空间长度是2208字节，那快速读操作可能从Flash页起始地址为0字节或4648字节或9296字节的位置开始从Flash阵列中读取9296字节长的数据到Flash的缓存中。
从上述实施例可以看出，本实施例提供的一种提升SSD读性能的方法，包括：根据读命令对应的所读数据的长度和所处逻辑页，向FTL层发起读请求；FTL层根据接收到的读请求向NFC层发起二次读请求；NFC根据所述二次读请求中的读命令是否存在4K读标记，选择不同的模式来读Flash数据。当命令对应的所读数据的长度较小时且均处于同一逻辑页，则可以选择普通单页模式，否则选择多页并发模式，这样避免了处于同一逻辑页的小长度数据使用多页并发模式的问题，节省了SSD在小IO随机读的时间，提高了SSD的读性能。
与上述实施例提供的一种提升SSD读性能的方法的实施例相对应，本申请实施例还提供了一种提升SSD读性能的系统的实施例。
参见图2，所述系统包括：第一读请求模块201、第二读读请求模块202和读命令处理模块203。所述第一读请求模块201，用于根据读命令对应的所读数据的长度和所处逻辑页，向FTL层发起读请求；所述第二读读请求模块202，用于FTL层根据接收到的读请求向NFC层发起二次读请求；所述读命令处理模块203，用于NFC根据所述二次读请求中的读命令是否存在4K读标记，选择不同的模式来读Flash数据。
所述第一读请求模块201包括：读命令处理单元和第一读请求单元。所述读命令处理单元，用于如果所读数据长度是4K或小于4K且所读数据范围都在同一逻辑页，则标记读命令为4K读；如果所读数据长度是大于4K和/或所读数据范围不在同一逻辑页，则不作标记。所述第一读请求单元，用于向FTL层发起读请求。
所述第二读读请求模块包括：获取单元、转换单元和第二读请求单元。所述获取单元，用于所述FTL层获取所读数据所处逻辑页对应的逻辑页地址；所述转换单元，用于将所述逻辑页地址转换为Flash物理地址；所述第二读请求单元，用于根据所述物理地址向所述NFC层发起读请求。
所述读命令处理模块包括：判断单元、第一切换单元和第二切换单元。所述判断单元，用于判断所述读命令是否存在4K读标记；所述第一切换单元，用于如果所述读命令存在4K读标记，切换到普通单页读模式。所述第一切换单元包括：判断子单元、第一读请求子单元和第二读请求子单元。所述判断子单元，用于判断所述读命令是否满足快速读操作；所述第一读请求子单元，用于如果所述读命令满足快速读操作，则向Flash发送快读操作请求；所述第二读请求子单元，用于如果所述读命令不满足快速读操作，则向Flash发送单页读请求。所述第二切换单元，用于如果所述读命令不存在4K读标记，向Flash发送多页并发读请求。
从上述实施例可以看出，本实施例提供的一种提升SSD读性能的系统，包括：第一读请求模块201、第二读读请求模块202和读命令处理模块203。所述第一读请求模块201，用于根据读命令对应的所读数据的长度和所处逻辑页，向FTL层发起读请求；所述第二读读请求模块202，用于FTL层根据接收到的读请求向NFC层发起二次读请求；所述读命令处理模块203，用于NFC根据所述二次读请求中的读命令是否存在4K读标记，选择不同的模式来读Flash数据。当命令对应的所读数据的长度较小时且均处于同一逻辑页，所述读命令处理模块203可以选择普通单页模式，否则选择多页并发模式，这样避免了处于同一逻辑页的小长度数据使用多页并发模式的问题，节省了SSD在小IO随机读的时间，提高了SSD的读性能。
本实施例提供的一种具体实现中，本申请还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质可存储有程序，该程序执行时可包括本申请提供的呼叫方法的各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(英文：read-onlymemory，简称：ROM)或随机存储记忆体(英文：random access memory，简称：RAM)等。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。
以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (10)

1.一种提升SSD读性能的方法，其特征在于，所述方法包括：
根据读命令对应的所读数据的长度和所处逻辑页，向FTL层发起读请求；
FTL层根据接收到的读请求向NFC层发起二次读请求；
NFC根据所述二次读请求中的读命令是否存在4K读标记，选择不同的模式来读Flash数据。
2.根据权利要求1所述的提升SSD读性能的方法，其特征在于，所述根据读命令对应的所读数据的长度和所处逻辑页，向FTL层发起读请求，包括：
如果所读数据长度是4K或小于4K且所读数据范围都在同一逻辑页，则标记读命令为4K读，并向FTL层发起读请求；
如果所读数据长度是大于4K和/或所读数据范围不在同一逻辑页，则不作标记，并向FTL层发起读请求。
3.根据权利要求2所述的提升SSD读性能的方法，其特征在于，所述FTL层根据接收到的读请求向NFC层发起二次读请求，包括：
所述FTL层获取所读数据所处逻辑页对应的逻辑页地址；
将所述逻辑页地址转换为Flash物理地址；
根据所述物理地址向所述NFC层发起读请求。
4.根据权利要求1所述的提升SSD读性能的方法，其特征在于，所述NFC根据所述二次读请求中的读命令是否存在4K读标记，选择不同的模式来读Flash数据，包括：
如果所述读命令存在4K读标记，切换到普通单页读模式；
如果所述读命令不存在4K读标记，向Flash发送多页并发读请求。
5.根据权利要求4所述的提升SSD读性能的方法，其特征在于，所述切换到普通单页读模式包括：
判断所述读命令是否满足快速读操作；
如果所述读命令满足快速读操作，则向Flash发送快读操作请求；
如果所述读命令不满足快速读操作，则向Flash发送单页读命令。
6.一种提升SSD读性能的系统，其特征在于，所述系统包括：
第一读请求模块，用于根据读命令对应的所读数据的长度和所处逻辑页，向FTL层发起读请求；
第二读读请求模块，用于FTL层根据接收到的读请求向NFC层发起二次读请求；
读命令处理模块，用于NFC根据所述二次读请求中的读命令是否存在4K读标记，选择不同的模式来读Flash数据。
7.根据权利要求6所述的提升SSD读性能的系统，其特征在于，所述第一读请求模块包括：
读命令处理单元，用于如果所读数据长度是4K或小于4K且所读数据范围都在同一逻辑页，则标记读命令为4K读；如果所读数据长度是大于4K和/或所读数据范围不在同一逻辑页，则不作标记；
第一读请求单元，用于向FTL层发起读请求。
8.根据权利要求7所述的提升SSD读性能的系统，其特征在于，所述第二读读请求模块包括：
获取单元，用于所述FTL层获取所读数据所处逻辑页对应的逻辑页地址；
转换单元，用于将所述逻辑页地址转换为Flash物理地址；
第二读请求单元，用于根据所述物理地址向所述NFC层发起读请求。
9.根据权利要求6所述的提升SSD读性能的系统，其特征在于，所述读命令处理模块包括：
判断单元，用于判断所述读命令是否存在4K读标记；
第一切换单元，用于如果所述读命令存在4K读标记，切换到普通单页读模式；
第二切换单元，用于如果所述读命令不存在4K读标记，向Flash发送多页并发读请求。
10.根据权利要求9所述的提升SSD读性能的系统，其特征在于，所述第一切换单元包括：
判断子单元，用于判断所述读命令是否满足快速读操作；
第一读请求子单元，用于如果所述读命令满足快速读操作，则向Flash发送快读操作请求；
第二读请求子单元，用于如果所述读命令不满足快速读操作，则向Flash发送单页读请求。
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