CN109144428A

CN109144428A - 一种应用于固态硬盘的垃圾回收方法、设备及介质

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Publication number: CN109144428A
Application number: CN201811055704.3A
Authority: CN
Inventors: 赵宝林
Original assignee: Inspur Electronic Information Industry Co Ltd
Current assignee: Inspur Electronic Information Industry Co Ltd
Priority date: 2018-09-11
Filing date: 2018-09-11
Publication date: 2019-01-04
Anticipated expiration: 2038-09-11
Also published as: CN109144428B

Abstract

本发明公开了一种应用于固态硬盘的垃圾回收方法，包括：当检测到数据写入操作时，第一处理核确定出需要进行垃圾回收操作的目标block，并向第二处理核发送垃圾回收写操作请求；第二处理核在接收到垃圾回收写操作请求后，将目标block中的回收数据写入预设block。由此可见，本方法将垃圾回收操作所涉及的两个步骤分别由第一处理核和第二处理核来实现，而第一处理核和第二处理核可以并行执行，从而提高了垃圾回收的效率。此外，由于第二处理核分担了第一处理核的一个任务，因此，降低了第一处理核的负担。最后，本发明所公开的应用于固态硬盘的垃圾回收设备以及计算机可读存储介质与上述方法相对应，因此，同样具有上述效果。

Description

一种应用于固态硬盘的垃圾回收方法、设备及介质

技术领域

本发明涉及固态硬盘领域，特别是涉及一种应用于固态硬盘的垃圾回收方法、设备及介质。

背景技术

随着互联网、云计算、物联网、大数据等技术的发展及广泛应用，在生产生活中，时时刻刻都会产生海量的数据，这些海量的数据需要进行处理和存储。当前，用于存储数据的器件有很多，例如固态硬盘。固态硬盘因其读写速度快、能耗低，而被广泛的应用。固态硬盘中重要的组成部分是NAND Flash，且其CPU都是多核的，共同实现对数据的存储。由于NANDFlash，不允许进行重复写入，在新数据写入之前，必须将旧数据擦除后才能进行写入操作，为了不丢失block中的有效数据，就要将准备擦除的block中的有效数据搬移出来，写入到其他block中。上述数据的搬移过程就是垃圾回收。

现有技术中，通常是由CPU的一个处理核(core)实现垃圾回收操作，对于该处理核来说，需要在擦除数据之前确定哪些是有效数据，然后再将这些有效数据写入到其它block中。由于固态硬盘的写入操作非常频繁，因此，对应的垃圾回收操作也非常频繁，导致用于实现垃圾回收操作的处理核的工作量非常大，且处理的效率也较低。

由此可见，如何提高固态硬盘的垃圾回收效率，降低单个处理核的工作量是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于固态硬盘的垃圾回收方法、设备及介质，用于提高固态硬盘的垃圾回收效率，降低单个处理核的工作量。

为解决上述技术问题，本发明提供一种应用于固态硬盘的垃圾回收方法，包括：

当检测到数据写入操作时，第一处理核确定出需要进行垃圾回收操作的目标block，并向第二处理核发送垃圾回收写操作请求；

所述第二处理核在接收到所述垃圾回收写操作请求后，将所述目标block中的回收数据写入预设block。

优选地，所述第二处理核在将所述目标block中的回收数据写入预设block之前，还包括：

依据所述数据写入操作判断所述回收数据是否全部是有效数据；

如果是，则进入将所述目标block中的回收数据写入预设block的步骤；

否则，确定出所述回收数据中的有效数据和无效数据，并将所述有效数据写入所述预设block。

优选地，所述确定出所述回收数据中的有效数据和无效数据具体包括：

获取所述垃圾回收写操作所包含的所述回收数据中各数据的旧PBA；

依据旧的L2P表确定所述旧PBA对应的目标LBA；

依据新的L2P表确定所述目标LBA对应的新PBA；

判断所述新PBA和所述旧PBA是否相同；

如果是，则确定当前数据为有效数据，否则为无效数据。

优选地，所述数据写入操作具体是以16K的整数倍写入数据。

优选地，在所述第一处理核对所述目标block擦除之前，还包括：

所述第一处理核判断是否接收到所述第二处理核发送的关于执行完所述垃圾回收写操作请求的反馈信息；

如果是，则进行擦除，否则继续判断。

优选地，还包括：

若在预设时间内未接收到所述反馈信息，则报警提示。

优选地，还包括：

若在预设时间内未接收到所述反馈信息，则所述第一处理核将所述目标block中的回收数据写入预设block。

优选地，还包括：

所述第一处理核向所述第二处理核发送取消所述垃圾回收写操作请求的取消信息。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种应用于固态硬盘的垃圾回收设备，包括存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述所述的应用于固态硬盘的垃圾回收方法的步骤。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述的应用于固态硬盘的垃圾回收方法的步骤。

本发明所提供的应用于固态硬盘的垃圾回收方法，包括：当检测到数据写入操作时，第一处理核确定出需要进行垃圾回收操作的目标block，并向第二处理核发送垃圾回收写操作请求；第二处理核在接收到垃圾回收写操作请求后，将目标block中的回收数据写入预设block。由此可见，本方法将垃圾回收操作所涉及的两个步骤分别由第一处理核和第二处理核来实现，而第一处理核和第二处理核可以并行执行，从而提高了垃圾回收的效率。此外，由于第二处理核分担了第一处理核的一个任务，因此，降低了第一处理核的负担。

本发明所提供的应用于固态硬盘的垃圾回收设备以及计算机可读存储介质与应用于固态硬盘的垃圾回收方法相对应，因此，同样具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种应用于固态硬盘的垃圾回收方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的另一种应用于固态硬盘的垃圾回收方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的一种确定出回收数据中的有效数据和无效数据的方法的流程图。

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做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

本发明的核心是提供一种应用于固态硬盘的垃圾回收方法、设备及介质，用于提高固态硬盘的垃圾回收效率，降低单个处理核的工作量。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明实施例提供的一种应用于固态硬盘的垃圾回收方法的流程图。如图1所示，该方法包括：

S10：当检测到数据写入操作时，第一处理核确定出需要进行垃圾回收操作的目标block，并向第二处理核发送垃圾回收写操作请求。

在具体实施中，固态硬盘的CPU包含有多个处理核，多个处理核多线程并发，共同完成存储数据等任务。多个处理核中的其中一个处理核的主要功能是完成垃圾回收操作，该处理核就是本步骤中的第一处理核。需要说明的是，本步骤中的第一处理核并不是只用于进行垃圾回收操作，其余功能参见现有技术，本实施例不作限定。

由于固态硬盘的作用是存储数据，并且，通常情况下，需要存储的数据的量都是非常大的，而又由于NAND Flash，不允许进行重复写入，在新数据写入之前，必须将旧数据擦除后才能进行写入操作，因此，对于第一处理核来说需要频繁进行垃圾回收操作，这无疑导致第一处理核的任务量非常繁重，处理的效率也较低。

本实施例中，第一处理核将垃圾回收操作的步骤分开，一部分由自身完成，另一部分由第二处理核完成。需要说明的是，第二处理核是除了第一处理核之外的其它处理核，具体不作限定。通常情况下，可以选取当前处于空闲的处理核，或者是选取一个综合负载量较小的处理核。

垃圾回收操作可分为两个步骤，一个步骤是确定出需要进行垃圾回收操作的block，即S10提到的目标block，另一个步骤是对目标block中的回收数据转移。可以理解的是，如果以上这两个步骤均有第一处理核来操作的话，则第一处理核需要花费两份时间，并且总的时间是两份时间的累积，也就说第一处理核只能是依次执行两个步骤。

对于第一处理核来说在检测到数据写入操作时，只需要确定出需要进行垃圾回收操作的目标block，并向第二处理核发送垃圾回收写操作请求。执行完该步骤后，就可以执行下一次的数据写入操作，即响应下一个垃圾回收操作请求。相当于，第一处理核只负责每个垃圾回收操作请求中的第一个步骤，另一个步骤交给第二处理核实现，很显然，对于第一处理核来说，其可以快速响应下一个垃圾回收操作请求，从而提高了垃圾回收效率。

S11：第二处理核将目标block中的回收数据写入预设block。

需要说明的是预设block可以灵活选取，只要不影响当前数据写入即可。对于第二处理核的选取最好是负载率较低的处理核。

通过S10和S11，使得一个垃圾回收操作的两个步骤由之前仅由第一处理核来串行执行，更改为由第一处理核和第二处理核并行执行。例如，一个步骤花费1分钟，则两个步骤就需要花费2分钟，那么如果2次垃圾回收操作，则需要花费4分钟。采用本实施例的方案，在第一分钟，第一处理核执行第一次垃圾回收操作对应的S11，在第2分钟，第一处理核执行第二次垃圾回收操作对应的S11且第二处理核执行第一次垃圾回收操作对应的S12，在第3分钟第二处理核执行第二次垃圾回收操作对应的S12。经过3分钟之后，两次垃圾回收操作都执行完毕，相对于4分钟来说，节约了一分钟，并且第一处理核的任务分摊到第二处理核上，减轻了第一处理核的工作量。

当第二处理核将回收数据写入预设block中后，第一处理核就可以将目标block擦除以依据数据写入操作写入最新数据。

本实施例提供的应用于固态硬盘的垃圾回收方法，包括：当检测到数据写入操作时，第一处理核确定出需要进行垃圾回收操作的目标block，并向第二处理核发送垃圾回收写操作请求；第二处理核在接收到垃圾回收写操作请求后，将目标block中的回收数据写入预设block。由此可见，本方法将垃圾回收操作所涉及的两个步骤分别由第一处理核和第二处理核来实现，而第一处理核和第二处理核可以并行执行，从而提高了垃圾回收的效率。此外，由于第二处理核分担了第一处理核的一个任务，因此，降低了第一处理核的负担。

在具体实施中，由于host用户端的写入通常是以4K大小进行的，这样就导致了在固态硬盘的NAND Flash中，一个block的数据都是以4K为单位的，因此，垃圾回收操作时目标block中的数据也是以4K为单位。而FTL(闪存转换层Flash Translation Layer)响应host用户端写入的时候也是以4K为单位，所以第二处理核可以使用FTL的host用户端写流程来完成垃圾回收操作的写，使得采用统一的流程来完成不同的目的。

作为优选地实施方式，数据写入操作具体是以16K的整数倍写入数据。

现有的固态硬盘中，处理host用户端写操作的时候通常是准备一个superpagebuffer，这个superpagebuffer为16K的整数倍(16K是NAND Flash一个page的大小，这个superpagebuffer对应于多个block的page)，将host用户端写的4K依次放入这个superpagebuffer，当整个superpagebuffer填满后一起写入，可以节省写入时间。

在具体实施中，host用户端写入可以是顺序写入也可以是随机写入，这就导致了在固态硬盘的相应host写入的过程中，一个block中以4K为单位的数据必然有有效的数据和无效的数据之分，因为Nand Flash不允许重复写入。图2为本发明实施例提供的另一种应用于固态硬盘的垃圾回收方法的流程图。如图2所示，第二处理核在将目标block中的回收数据写入预设block之前，还包括：

S20：第二处理核依据数据写入操作判断回收数据是否全部是有效数据，如果是，则进入S11；否则，进入S21。

S21：第二处理核确定出回收数据中的有效数据和无效数据，并将有效数据写入预设block。

本实施例中，在将目标block中的回收数据写入预设block之前，预先判断回收数据是否包含有无效数据，这样可以避免无效数据写入预设block，从而节约时间。

可以理解的是，本实施例中不限定如何确定出回收数据中的有效数据和无效数据。图3为本发明实施例提供的一种确定出回收数据中的有效数据和无效数据的方法的流程图。如图3所示，确定出回收数据中的有效数据和无效数据具体包括：

S210：获取垃圾回收写操作所包含的回收数据中各数据的旧PBA；

S211：依据旧的L2P表确定旧PBA对应的目标LBA；

S212：依据新的L2P表确定目标LBA对应的新PBA；

S213：判断新PBA和旧PBA是否相同，如果是，则确定当前数据为有效数据，否则为无效数据。

在具体实施中，垃圾回收写操作与host用户端的写操作有一定的区别，不同等同处理，因为host用户端的写操作都是新数据的写入，但是垃圾回收写操作都是旧数据的写入，旧数据同样会有一定的概率在垃圾回收过程中变为无效数据(例如，host用户端重复写了这个数据后就会将其变为无效数据)。针对这种情况，本实施例中第二处理核可以利用FTL进行上述步骤的实施。

FTL接收到垃圾回收写操作后，需要进行数据有效性的判断，通常就需要知道这个回收数据来自NAND flash的什么位置，而第一处理核在发送垃圾回收写操作时候需要将该信息告诉FTL来完成这个判断，通过位置信息就可以判断数据是否有效。

在FTL进行数据写入的时候，会有一个host的数据唯一标识LBA，当这个数据被写入到NAND flash中时，会有一个PBA对应于写入到NAND flash的位置，这个PBA就是上述的位置信息，LBA与PBA组成了L2P表；当FTL收到垃圾回收写操作后，将其发过来的PBA作为旧PBA，FTL根据旧L2P表确定旧PBA对应的目标LBA，然后依据新的L2P表得到目标LBA对应的新PBA，如果旧PBA与其相等则该回收数据为有效数据，反之为无效数据。

本实施例中，依据L2P表可以快速的判断出回收数据中的有效数据和无效数据。

在上述实施例的基础上，在第一处理核对目标block擦除之前，还包括：

第一处理核判断是否接收到第二处理核发送的关于执行完垃圾回收写操作请求的反馈信息；

如果是，则进行擦除，否则继续判断。

在具体实施中，由于第二处理核除了要执行S11之外，还可能需要执行其它步骤，例如，当第一处理核将任务告诉第二处理核时，第二处理核正在执行其它步骤，没有多余线程用来使用。因此，第二处理核无法在最短时间内完成S11，此时如果第一处理核直接对目标block擦除的话，导致数据丢失。本实施例中考虑到上述情况，在第一处理核对目标block擦除之前先判断是否接收到反馈信息，如果没有接收到，则需要继续等待。以此，能够确保第二处理核将回收数据写入预设block中。

在具体实施中，由于第二处理核故障或者其它原因，即使成功执行了S11也有可能无法将反馈信息发送至第一处理核，考虑到这种情况，本实施例中，还包括：

若在预设时间内未接收到反馈信息，则报警提示。

通过该方式可以避免第一处理核等待过长时间。需要说明的是，预设时间可以根据具体情况而定，本实施例不作限定。另外，报警提示的方式有很多种，本实施例也不做限定。

在具体实施中，如果第一处理核未接收到反馈信息，有以下几种情况，一种是第二处理核执行了S11，但是执行完毕后出现故障，无法将反馈信息发送，第二种情况是，第二处理核一开始就是故障，无法完成S11，第三种情况是，第二处理核在处理过程中出现故障。总之，第一处理核无法接收到反馈信息，为了保证回收数据写入预设block，本实施例还包括：

若在预设时间内未接收到反馈信息，则第一处理核将目标block中的回收数据写入预设block。

通过上述步骤可以确保回收数据写入预设block，避免数据丢失。

在上一实施例的基础上，还包括：

第一处理核向第二处理核发送取消垃圾回收写操作请求的取消信息。

由于第二处理核已经接收到第一处理核发送的垃圾回收写操作请求，即使第二处理核未能发送反馈信息，也并不代表第二处理核在接下来的时间内响应该请求，例如由于延时问题，第二处理核延时响应该请求。针对这种情况，由于第一处理核已经将回收数据写入至预设block，不再需要第二处理核重复执行，因此，第一处理核还需要向第二处理核发送取消信息，避免第二处理核重复执行。

本发明还提供一种与上述方法对应的应用于固态硬盘的垃圾回收设备的实施例。该设备包括存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行计算机程序时实现如上述实施例所述的应用于固态硬盘的垃圾回收方法的步骤。

由于装置部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此装置部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述，对应的有益效果也请参见方法实施例，这里暂不赘述。

最后，本发明还提供一种与上述方法对应的计算机可读存储介质的实施例。计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述实施例所述的应用于固态硬盘的垃圾回收方法的步骤。

由于本部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此本部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述，对应的有益效果也请参见方法实施例，这里暂不赘述。。

可以理解的是，如果上述实施例中的方法以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上对本发明所提供的应用于固态硬盘的垃圾回收方法、设备及介质进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims

1.一种应用于固态硬盘的垃圾回收方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的应用于固态硬盘的垃圾回收方法，其特征在于，所述第二处理核在将所述目标block中的回收数据写入预设block之前，还包括：

3.根据权利要求2所述的应用于固态硬盘的垃圾回收方法，其特征在于，所述确定出所述回收数据中的有效数据和无效数据具体包括：

依据旧的L2P表确定所述旧PBA对应的目标LBA；

依据新的L2P表确定所述目标LBA对应的新PBA；

判断所述新PBA和所述旧PBA是否相同；

如果是，则确定当前数据为有效数据，否则为无效数据。

4.根据权利要求1所述的应用于固态硬盘的垃圾回收方法，其特征在于，所述数据写入操作具体是以16K的整数倍写入数据。

5.根据权利要求1所述的应用于固态硬盘的垃圾回收方法，其特征在于，在所述第一处理核对所述目标block擦除之前，还包括：

如果是，则进行擦除，否则继续判断。

6.根据权利要求5所述的应用于固态硬盘的垃圾回收方法，其特征在于，还包括：

若在预设时间内未接收到所述反馈信息，则报警提示。

7.根据权利要求5所述的应用于固态硬盘的垃圾回收方法，其特征在于，还包括：

8.根据权利要求7所述的应用于固态硬盘的垃圾回收方法，其特征在于，还包括：

9.一种应用于固态硬盘的垃圾回收设备，其特征在于，包括存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8任一项所述的应用于固态硬盘的垃圾回收方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述的应用于固态硬盘的垃圾回收方法的步骤。