CN109189349A - 一种提升固态硬盘复写性能的方法及其系统 - Google Patents

一种提升固态硬盘复写性能的方法及其系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种提升固态硬盘复写性能的方法及其系统；其中，提升固态硬盘复写性能的方法，包括以下步骤：S1，SSD控制器接收lba数据到DRAM，同时启用SHA‑1算法生成哈希值H；S2，判断H2P表中是否存在哈希值为H的记录；若是，则进入S3；若不是，则进入S4；S3，从H2P表中获得哈希值H对应的物理地址P2，将L2P表中该lba的物理地址对应为P2；S4，将lba数据写入到当前物理页P中，更新L2P表中该lba的物理地址为P1，并申请新的H2P记录单元并记录该哈希值H对应的物理地址为P1。本发明大大减少闪存的写入操作，大大提升复写情形下的性能，提高了复写的效率，更好地满足了需求，同时还能延长闪存的使用寿命。

Description

一种提升固态硬盘复写性能的方法及其系统
技术领域
本发明涉及固态硬盘复写技术领域，更具体地说是指一种提升固态硬盘复写性能的方法及其系统。
背景技术
在多用户态的企业级应用环境以及虚拟机环境中，用户间写入到存储设备的数据内容有很多是相同的。
现有技术中，作为存储设备的SSD，依然按照传统的写入方式存储数据，即按照主机下发的数据依次写入闪存，并利用映射表记住LBA(Logic Block Address)与物理地址的映射关系，供后续读取数据用；这样对于相同的数据重复进行写入，影响了SSD复写性能，降低了工作效率，无法满足需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种提升固态硬盘复写性能的方法及其系统。
为实现上述目的，本发明采用于下技术方案：
一种提升固态硬盘复写性能的方法，包括以下步骤：
S1，SSD控制器接收lba数据到DRAM，同时启用SHA-1算法生成哈希值H；
S2，判断H2P表中是否存在哈希值为H的记录；若是，则进入S3；若不是，则进入S4；
S3，从H2P表中获得哈希值H对应的物理地址P2，将L2P表中该lba的物理地址对应为P2；
S4，将lba数据写入到当前物理页P中，更新L2P表中该lba的物理地址为P1，并申请新的H2P记录单元并记录该哈希值H对应的物理地址为P1。
其进一步技术方案为：所述S1之前还包括：SSD固件动态维护一个H2P表，表中每个单元记录一个已写过数据的哈希值H_x和该笔数据所在的物理页ppa_y。
其进一步技术方案为：所述S1包括：主机写入lba，SSD控制器把数据从主机端接收到内部写缓存，接收的同时启用SHA-1算法并行计算数据内容对应的哈希值Ha。
其进一步技术方案为：所述S3包括：
S31，从H2P表中获得哈希值H对应的物理地址P2；
S32，将L2P表中该lba的物理地址对应为P2。
其进一步技术方案为：所述S4包括：
S41，将lba数据写入到当前物理页P中，更新L2P表中该lba的物理地址为P1；
S42，申请新的H2P记录单元并记录该哈希值H对应的物理地址为P1。
其进一步技术方案为：所述S4之后还包括：主机读取lba，SSD查找L2P表得出lba对应的物理页为P1，并将读出的数据传至主机。
一种提升固态硬盘复写性能的系统，包括维护记录单元，接收启用单元，判断单元，获得对应单元，及更新申请单元；
所述维护记录单元，用于SSD固件动态维护一个H2P表，表中每个单元记录一个已写过数据的哈希值H_x和该笔数据所在的物理页ppa_y；
所述接收启用单元，用于SSD控制器接收lba数据到DRAM，同时启用SHA-1算法生成哈希值H；
所述判断单元，用于判断H2P表中是否存在哈希值为H的记录；
所述获得对应单元，用于从H2P表中获得哈希值H对应的物理地址P2，将L2P表中该lba的物理地址对应为P2；
所述更新申请单元，用于将lba数据写入到当前物理页P中，更新L2P表中该lba的物理地址为P1，并申请新的H2P记录单元并记录该哈希值H对应的物理地址为P。
其进一步技术方案为：所述获得对应单元包括获得模块和对应模块；
所述获得模块，用于从H2P表中获得哈希值H对应的物理地址P2；
所述对应模块，用于将L2P表中该lba的物理地址对应为P2。
其进一步技术方案为：所述更新申请单元包括更新模块和申请模块；
所述更新模块，用于将lba数据写入到当前物理页P中，更新L2P表中该lba的物理地址为P1；
所述申请模块，用于申请新的H2P记录单元并记录该哈希值H对应的物理地址为P。
其进一步技术方案为：还包括读取单元，用于主机读取lba，SSD查找L2P表得出lba对应的物理页为P1，并将读出的数据传至主机。
本发明与现有技术相比的有益效果是：采用SSD固件设计中新的数据写入方式，即根据数据内容本身确定之前是否已写过该数据，如果已写过，则无需再写；SSD体现出的处理性能为主机数据写入到内部写缓存的性能，特别的，在SSD稳态写时，SSD表现出的性能提升是成百上千倍的，且能大大减少闪存的写入操作，大大提升复写情形下的性能，提高了复写的效率，更好地满足了需求，同时还能延长闪存的使用寿命。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为现有技术的数据写入示意图；
图2为本发明一种提升固态硬盘复写性能的方法的流程图；
图3为本发明复写数据的示意图；
图4为本发明数据写入的示意图；
图5为本发明一种提升固态硬盘复写性能的系统方框图。
10 维护记录单元 20 接收启用单元
30 判断单元 40 获得对应单元
41 获得模块 42 对应模块
50 更新申请单元 51 更新模块
52 申请模块 60 读取单元
具体实施方式
为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。
如图1到图5所示的具体实施例，其中，如图1所示，现有技术的数据写入示意图，采用传统的写入方式，假设闪存的物理页(ppa)大小等于主机LBA大小(512B)，SSD控制器将主机写入的数据依次写到闪存的物理页中，如图1中主机第一次写入lba1，SSD将数据写入到闪存的物理页0中，并且更新L2P表中lba1对应ppa0，然后主机继续写入lba2，并且lba2的数据内容与lba1的数据内容一样(主机复写)，SSD并不关心lba2的具体数据内容，按照既定规则将lba2的数据写入到物理页1中，且更新L2P表中lba2对应ppa1，后续主机读取lba1数据时，SSD查L2P表得知对应数据在物理页0中，则将物理页0中数据读出并传输给主机。
其中，既然是复写，那么lba的数据内容是一样的，如图1中所示的lba1已写入到物理页0中，当lba2下发到SSD后，如果SSD能确定出lba2的数据内容与lba1的数据内容完全一样，导致数据重复进行写入，影响了SSD复写性能，降低了工作效率，无法满足需求。
如图2至图4所示，本发明公开了一种提升固态硬盘复写性能的方法，包括以下步骤：
S1，SSD控制器接收lba数据到DRAM，同时启用SHA-1算法生成哈希值H；
S2，判断H2P表中是否存在哈希值为H的记录；若是，则进入S3；若不是，则进入S4；
S3，从H2P表中获得哈希值H对应的物理地址P2，将L2P表中该lba的物理地址对应为P2；
S4，将lba数据写入到当前物理页P中，更新L2P表中该lba的物理地址为P1，并申请新的H2P记录单元并记录该哈希值H对应的物理地址为P1。
其中，在S1之前还包括：SSD固件动态维护一个H2P表，表中每个单元记录一个已写过数据的哈希值H_x和该笔数据所在的物理页ppa_y。
其中，S1包括：主机写入lba，SSD控制器把数据从主机端接收到内部写缓存，接收的同时启用SHA-1算法并行计算数据内容对应的哈希值Ha。
其中，S3包括：
S31，从H2P表中获得哈希值H对应的物理地址P2；
S32，将L2P表中该lba的物理地址对应为P2。
其中，S4包括：
S41，将lba数据写入到当前物理页P中，更新L2P表中该lba的物理地址为P1；
S42，申请新的H2P记录单元并记录该哈希值H对应的物理地址为P1。
其中，S4之后还包括：主机读取lba，SSD查找L2P表得出lba对应的物理页为P1，并将读出的数据传至主机。
本发明SSD确定lba2的数据内容与lba1的数据内容完全一样，那么SSD没有必要将相同的数据写入到新的物理页中(毕竟在基于NVME的SSD中数据写入闪存是相对最耗时的)，SSD只需要将L2P表中lba2直接对应到物理页0即可，后续主机读取lba2，SSD按照传统的方式读取，数据也是没有问题的。
如图3至图4所示，举例说明：
1、SSD固件动态维护一个H2P表，表中每个单元记录一个已写过数据的哈希值H_x和该笔数据所在的物理页ppa_y；
2、主机写入lba1，SSD控制器把数据从主机端接收到内部写缓存，接收的同时启用SHA算法并行计算数据内容对应的哈希值Ha(可考虑硬件实现，提升效率)；
3、SSD固件搜索H2P表，搜索表中是否已存在Ha，发现不存在，说明该lba对应的数据内容并没有写过，则将该数据写入到闪存物理页0中，同时为H2P表动态申请一个新的记录单元并将Ha与ppa0的对应关系保存到该记录单元，之后还需要将L2P表中lba1对应的物理页信息更新为ppa0，供后续主机读取lba1数据使用；
4、主机写入lba2，该lba数据内容与lba1数据内容不相同，SSD计算出对应哈希值为Hb，SSD用同样方式将该数据写入到闪存物理页1中，并且增加Hb与ppa1的对应关系到H2P表，且更新L2P表中lba2的物理页为ppa1；
5、主机写入lba3，且该lba数据内容与lba2的数据内容，SSD计算出哈希值为Hb，搜索H2P表发现表中已存在Hb，则判断出该数据内容已写过，并且写在物理页1中，则直接更新L2P表中lba3的物理页信息为ppa1；
6、主机读取lba3，SSD查L2P表得出lba3对应的物理页为pp1，并将读出的数据传至主机。
由此可见，在5中lba3的数据在SSD内部并没有实际写闪存的操作，所以在主机复写数据的场景下，SSD体现出的处理性能为主机数据写入到内部写缓存的性能，特别的，在SSD稳态写时，SSD表现出的性能提升是成百上千倍的；而且由于该技术能大大减少闪存的写入操作，所以还能明显延长闪存的使用寿命。
如图5所示，本发明还公开了一种提升固态硬盘复写性能的系统，包括维护记录单元10，接收启用单元20，判断单元30，获得对应单元40，及更新申请单元50；
维护记录单元10，用于SSD固件动态维护一个H2P表，表中每个单元记录一个已写过数据的哈希值H_x和该笔数据所在的物理页ppa_y；
接收启用单元20，用于SSD控制器接收lba数据到DRAM，同时启用SHA-1算法生成哈希值H；
判断单元30，用于判断H2P表中是否存在哈希值为H的记录；
获得对应单元40，用于从H2P表中获得哈希值H对应的物理地址P2，将L2P表中该lba的物理地址对应为P2；
更新申请单元50，用于将lba数据写入到当前物理页P中，更新L2P表中该lba的物理地址为P1，并申请新的H2P记录单元并记录该哈希值H对应的物理地址为P。
其中，获得对应单元40包括获得模块41和对应模块42；
获得模块41，用于从H2P表中获得哈希值H对应的物理地址P2；
对应模块42，用于将L2P表中该lba的物理地址对应为P2。
其中，更新申请单元50包括更新模块51和申请模块52；
更新模块51，用于将lba数据写入到当前物理页P中，更新L2P表中该lba的物理地址为P1；
申请模块52，用于申请新的H2P记录单元并记录该哈希值H对应的物理地址为P。
进一步地，该系统还包括读取单元60，用于主机读取lba，SSD查找L2P表得出lba对应的物理页为P1，并将读出的数据传至主机。
本发明采用SSD固件设计中新的数据写入方式，即根据数据内容本身确定之前是否已写过该数据，如果已写过，则无需再写；SSD体现出的处理性能为主机数据写入到内部写缓存的性能，特别的，在SSD稳态写时，SSD表现出的性能提升是成百上千倍的，且能大大减少闪存的写入操作，大大提升复写情形下的性能，提高了复写的效率，更好地满足了需求，同时还能延长闪存的使用寿命。
上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种提升固态硬盘复写性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，SSD控制器接收lba数据到DRAM，同时启用SHA-1算法生成哈希值H；
S2，判断H2P表中是否存在哈希值为H的记录；若是，则进入S3；若不是，则进入S4；
S3，从H2P表中获得哈希值H对应的物理地址P2，将L2P表中该lba的物理地址对应为P2；
S4，将lba数据写入到当前物理页P中，更新L2P表中该lba的物理地址为P1，并申请新的H2P记录单元并记录该哈希值H对应的物理地址为P1。
2.根据权利要求1所述的一种提升固态硬盘复写性能的方法，其特征在于，所述S1之前还包括：SSD固件动态维护一个H2P表，表中每个单元记录一个已写过数据的哈希值H_x和该笔数据所在的物理页ppa_y。
3.根据权利要求1所述的一种提升固态硬盘复写性能的方法，其特征在于，所述S1包括：主机写入lba，SSD控制器把数据从主机端接收到内部写缓存，接收的同时启用SHA-1算法并行计算数据内容对应的哈希值Ha。
4.根据权利要求1所述的一种提升固态硬盘复写性能的方法，其特征在于，所述S3包括：
S31，从H2P表中获得哈希值H对应的物理地址P2；
S32，将L2P表中该lba的物理地址对应为P2。
5.根据权利要求1所述的一种提升固态硬盘复写性能的方法，其特征在于，所述S4包括：
S41，将lba数据写入到当前物理页P中，更新L2P表中该lba的物理地址为P1；
S42，申请新的H2P记录单元并记录该哈希值H对应的物理地址为P1。
6.根据权利要求1所述的一种提升固态硬盘复写性能的方法，其特征在于，所述S4之后还包括：主机读取lba，SSD查找L2P表得出lba对应的物理页为P1，并将读出的数据传至主机。
7.一种提升固态硬盘复写性能的系统，其特征在于，包括维护记录单元，接收启用单元，判断单元，获得对应单元，及更新申请单元；
所述维护记录单元，用于SSD固件动态维护一个H2P表，表中每个单元记录一个已写过数据的哈希值H_x和该笔数据所在的物理页ppa_y；
所述接收启用单元，用于SSD控制器接收lba数据到DRAM，同时启用SHA-1算法生成哈希值H；
所述判断单元，用于判断H2P表中是否存在哈希值为H的记录；
所述获得对应单元，用于从H2P表中获得哈希值H对应的物理地址P2，将L2P表中该lba的物理地址对应为P2；
所述更新申请单元，用于将lba数据写入到当前物理页P中，更新L2P表中该lba的物理地址为P1，并申请新的H2P记录单元并记录该哈希值H对应的物理地址为P。
8.根据权利要求7所述的一种提升固态硬盘复写性能的系统，其特征在于，所述获得对应单元包括获得模块和对应模块；
所述获得模块，用于从H2P表中获得哈希值H对应的物理地址P2；
所述对应模块，用于将L2P表中该lba的物理地址对应为P2。
9.根据权利要求7所述的一种提升固态硬盘复写性能的系统，其特征在于，所述更新申请单元包括更新模块和申请模块；
所述更新模块，用于将lba数据写入到当前物理页P中，更新L2P表中该lba的物理地址为P1；
所述申请模块，用于申请新的H2P记录单元并记录该哈希值H对应的物理地址为P。
10.根据权利要求7所述的一种提升固态硬盘复写性能的系统，其特征在于，还包括读取单元，用于主机读取lba，SSD查找L2P表得出lba对应的物理页为P1，并将读出的数据传至主机。
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