CN109542800A - 基于闪存的垃圾处理的方法、固态硬盘以及存储装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于闪存的垃圾处理的方法、固态硬盘以及存储装置。该方法包括：获取闪存中待进行垃圾处理的物理块；根据L2P表和物理块对应的索引列表获取物理块中的有效物理页，其中，索引列表记录物理块中各物理页及与各物理页对应的逻辑页的关联关系；对有效物理页中的数据进行转移并擦除该物理块。通过上述方式，本发明能够快速地确定待进行垃圾处理的物理块中的有效物理页，从而大大提高垃圾处理的效率，进而保证了固态硬盘的稳定性。

Description

基于闪存的垃圾处理的方法、固态硬盘以及存储装置

技术领域

本申请涉及存储技术领域，特别是涉及一种基于闪存的垃圾处理的方法、固态硬盘以及存储装置。

背景技术

众所周知，在固定硬盘(SSD)技术领域，垃圾处理是固态硬盘固件设计中的重要一环，也是影响固态硬盘稳定性能的主要因素。

其中，固态硬盘中的闪存(NAND)的颗粒特性为：多个物理块(Block)形成闪存，物理块必须擦除后才能写入数据。如果在擦除前某物理块中存在部分有效数据页(存储了用户数据的物理页)，为了不丢失用户数据，必须将有效物理页中的数据读出来写到另一个物理块中，然后才能擦除该物理块，这就是垃圾处理。

举例来说，如图1所示，物理块Block0，1，2中存在部分有效物理页Valid，那么必须将有效物理页Valid中的数据转移到也即读出来写到物理块BlockN中，然后再擦除物理块Block0，1，2，从而实现闪存的垃圾处理。

因此，需要快速地从物理块中确定有效物理页以转移有效物理页的数据，从而提高垃圾处理的效率，进而保证固态硬盘的稳定性。

发明内容

本申请提供一种基于闪存的垃圾处理的方法、固态硬盘以及存储装置，能够大大提高从物理块确定有效物理页以转移有效物理页的数据的效率，进而大大提高垃圾处理的效率。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种基于闪存的垃圾处理的方法，该方法包括：获取闪存中待进行垃圾处理的物理块；根据L2P表和物理块对应的索引列表获取物理块中的有效物理页，其中，索引列表记录物理块中各物理页及与各物理页对应的逻辑页的关联关系；对有效物理页中的数据进行转移并擦除物理块。

其中，根据L2P表和物理块对应的索引列表获取物理块中的有效物理页的步骤包括：从物理块对应的索引列表中获取物理块中的第一物理页及与第一物理页对应的第一逻辑页的信息；在L2P表中获取与第一逻辑页的信息相对应的第二物理页；根据第一物理页和第二物理页获取物理块中的有效物理页。

其中，根据第一物理页和第二物理页获取物理块中的有效物理页的步骤包括：检测第一物理页和第二物理页的信息是否匹配；若第一物理页和第二物理页的信息匹配，则判定第一物理页为有效物理页；若第一物理页和第二物理页的信息不匹配，则判定第一物理页为无效物理页。

其中，获取闪存中待进行垃圾处理的物理块的步骤之前，该方法进一步包括步骤：构建闪存中各物理块对应的索引列表。

其中，构建闪存中各物理块对应的索引列表的步骤包括：检测闪存中是否有物理块被初次写入数据；若检测结果为闪存中有物理块被初次写入数据，则在存储控制器中分配用于保存初次写入数据的物理块对应的索引列表的存储空间；检测物理块是否已完成所有数据的写入；若检测结果为物理块未完成所有数据的写入，则根据物理块被写入的数据依次更新存储在存储空间的索引列表；若检测结果为物理块完成所有数据的写入，则将存储在存储控制器中的索引列表写入闪存中。

其中，根据物理块被写入的数据依次更新存储在存储空间的索引列表的步骤包括：获取数据被写入的物理页的信息、以及与物理页对应的逻辑页的信息；建立物理页和逻辑页的映射关系以形成索引列表。

其中，构建闪存中各物理块对应的索引列表的步骤之后，该方法进一步包括：检测是否触发闪存进行垃圾处理；若检测结果为触发闪存进行垃圾处理，则执行获取闪存中待进行垃圾处理的物理块的步骤。

其中，获取闪存中待进行垃圾处理的物理块的步骤进一步包括：将待进行垃圾处理的物理块的索引列表从闪存加载到存储控制器中。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种固态硬盘，该固态硬盘包括处理器、与处理器耦接的存储控制器和闪存，其中，存储控制器存储有用于实现上述任一项的基于闪存的垃圾处理的方法的程序指令；处理器用于执行存储控制器存储的程序指令以对闪存进行垃圾处理。

为解决上述技术问题，本申请采用的又一个技术方案是：提供一种存储装置，存储有能够实现上述任一方法的程序文件。

本申请的有益效果是：本发明的基于闪存的垃圾处理的方法、固态硬盘以及存储装置根据L2P表和物理块对应的索引列表来获取物理块中的有效物理页，由于L2P表和索引列表的读取时间很短，从而能够快速地确定待进行垃圾处理的物理块中的有效物理页以转移有效物理页的数据，进而大大提高垃圾处理的效率。

附图说明

图1是现有技术中垃圾处理的示意图；

图2是本发明第一实施例的基于闪存的垃圾处理的方法的流程示意图；

图3是图2中L2P表和索引列表的结构示意图；

图4是本发明第二实施例的基于闪存的垃圾处理的方法的流程示意图；

图5是图4中构建闪存中各物理块对应的索引列表的子流程示意图；

图6是图4中根据L2P表和物理块对应的索引列表获取物理块中的有效物理页的子流程示意图；

图7是本发明实施例的固态硬盘的结构示意图；

图8是本发明实施例的存储装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

图2是本发明第一实施例的基于闪存的垃圾处理的方法的流程图。需注意的是，若有实质上相同的结果，本发明的方法并不以图2所示的流程顺序为限。如图2所示，该方法包括步骤：

步骤S101：获取闪存中待进行垃圾处理的物理块。

在步骤S101中，获取闪存中待进行垃圾处理的物理块的步骤可以为：获取闪存中各物理块中的有效物理页的数量，挑选有效物理页的数量最少的物理块作为待进行垃圾处理的物理块。

步骤S102：根据L2P表和物理块对应的索引列表获取物理块中的有效物理页，其中，索引列表记录物理块中各物理页及与各物理页对应的逻辑页的关联关系。

在步骤S102中，固态硬盘固件需要维护逻辑页(LPA，假设大小为16KB)到物理页(PPA，假设大小为16KB)的映射信息，该映射信息称为映射表(L2P表)，该L2P表以逻辑页为索引值。

举例来说，如图3所示，根据L2P表可知，逻辑页0(L0)对应物理页2(P2)，也即映射信息为L0->P2，即固态硬盘将逻辑页0的数据写到了物理页2中。需要强调的是，当主机复写逻辑页0时，固态硬盘需要将逻辑页0的数据(假设大小为16KB)写到另一个未写过的物理页上，那么原L2P表中逻辑页0的映射信息就会改变，也即L2P表中记录了逻辑页与物理页的有效对应关系。

在本实施例，索引列表(P2L表)可以以物理页为索引值，记录物理块中各物理页及与各物理页对应的逻辑页的关联关系。

举例来说，请继续参考图3，根据P2L表可知，物理页0(P0)对应逻辑页0(L0)，也即映射信息为P0->L0，物理页2(P2)对应逻辑页0(L0)，也即映射信息为P2->L0。

结合L2P表和P2L表来说，逻辑页0(L0)第一次将数据写到物理页0(P0)，逻辑页0(L0)对应物理页0(P0)，也即物理页0中的数据是有效的。此时，L2P表中逻辑页0(L0)的映射信息为L0->P0，P2L表中物理页(P0)的映射信息为P0->L0。之后主机复写逻辑页0，逻辑页0(L0)第二次将新的数据写到物理页2(P2)中，逻辑页0(L0)对应物理页2(P2)，也即物理页0中的数据变为无效，物理页2中的数据是有效的。此时，L2P表中逻辑页0(L0)映射信息变为L0->P2，P2L表中物理页(P2)的映射信息为P2->L0。

在本实施例中，每个物理块对应一个P2L表，从而使得P2L表的维护比L2P表简单。具体来说，P2L表中每个单元可以记录一个物理页和一个逻辑的映射信息。此时，假若每个单元占用的大小为4B，假若一个物理块包含例如4096个物理页，那么一个物理块对应P2L表的大小为4096*4B＝16KB。也就是说，每个物理块对应的P2L表所占用的大小为16KB，比较小，易于维护。

在本实施例中，有效物理页可以根据L2P表和物理块对应的P2L表获取得到，其中，有效物理页为存储有效的数据的物理页。

步骤S103：对有效物理页中的数据进行转移并擦除物理块。

在步骤S103中：对有效物理页中的数据进行转移的步骤具体为：将待进行垃圾处理的物理块中的有效物理页中的数据读出来并写入新的物理块的物理页中，并同步更新L2P表和新的物理块对应的P2L表。

可以理解的是，当待进行垃圾处理的物理块中的有效物理页中的数据被转移后，该物理块中的所有物理页都变为无效物理页，此时可以直接擦除该物理块以实现垃圾处理。

通过上述方式，本发明第一实施例的基于闪存的垃圾处理的方法根据L2P表和物理块对应的索引列表来获取物理块中的有效物理页，由于L2P表和索引列表的读取时间很短，从而能够快速地确定待进行垃圾处理的物理块中的有效物理页以转移有效物理页的数据，进而大大提高垃圾处理的效率。

图4是本发明第二实施例的基于闪存的垃圾处理的方法的流程示意图图。需注意的是，若有实质上相同的结果，本发明的方法并不以图4所示的流程顺序为限。如图4所示，该方法包括如下步骤：

步骤S201：构建闪存中各物理块对应的索引列表，其中，索引列表记录物理块中各物理页及与各物理页对应的逻辑页的关联关系。

在步骤S201中，索引列表在构建的过程中存储在固态硬盘的存储控制器例如RAM或DRAM中，当索引列表构建完成后存储在固态硬盘的闪存中。

请一并参考图5，图5是图4中构建闪存中各物理块对应的索引列表的子流程示意图。如图5所示，构建闪存中各物理块对应的索引列表的操作包括如下步骤：

步骤S301：检测闪存中是否有物理块被初次写入数据。

步骤S302：若检测结果为闪存中有物理块被初次写入数据，则在存储控制器中分配用于保存初次写入数据的物理块对应的索引列表的存储空间。

在步骤S302中，当物理块第一次有数据写入时，固态硬盘固件在存储控制器例如RAM或DRAM中分配预定大小的存储空间来存储P2L表。

步骤S303：检测物理块是否已完成所有数据的写入，若否，执行步骤S304，否则执行步骤S305。

在步骤S303中，在本实施例中，检测物理块是否已完成所有数据的写入的步骤具体为：检测物理块中所有的物理页是否完成写操作，也就是说，物理块中的所有物理页是否都被执行了写操作。在其它实施例中，检测物理块是否已完成所有数据的写入的步骤也可以为：检测是否已完成待写入物理块的所有数据的写操作，也就是说，并不要求物理块中的所有物理页都被执行写操作。

步骤S304：根据物理块被写入的数据依次更新存储在存储空间的索引列表。

在步骤S304中，根据物理块被写入的数据依次更新存储在存储空间的索引列表的步骤包括：获取数据被写入的物理页的信息、以及与该物理页对应的逻辑页的信息；建立物理页和逻辑页的映射关系以形成索引列表。

本实施例中的索引列表(P2L表)的结构与图3所示的索引列表的结构相同，为简约起见，在此不再详述。需要强调的是，P2L表中每个物理页与逻辑页建立映射关系后这个映射关系不会再发生改变，但是多个不同的物理页可以对应同一逻辑页。

步骤S305：将存储在存储控制器中的索引列表写入闪存中。

在步骤S305中，当步骤S303检测物理块已完成所有数据的写入后，将存储在存储控制器中的索引列表写入闪存中。

步骤S202：检测是否触发闪存进行垃圾处理。

在步骤S202中，检测是否触发闪存进行垃圾处理的步骤可以为：固态硬盘固件检测闪存的可用空间，若闪存的可用空间与闪存空间的比值小于预定阈值例如10％，则触发闪存进行垃圾处理以保证固态硬盘的正常使用。检测是否触发闪存进行垃圾处理的步骤还可以为：当固态硬盘固件判断出主机不对固态硬盘进行访问时，触发闪存进行垃圾处理，从而可以降低主机对固态硬盘的访问过程中以及闪存垃圾处理的过程中可能存在的闪存访问冲突的问题。

步骤S203：若检测结果为触发闪存进行垃圾处理，获取闪存中待进行垃圾处理的物理块。

在步骤S203中，获取闪存中待进行垃圾处理的物理块的步骤可以为：获取闪存中各物理块中的有效物理页的数量，挑选有效物理页的数量最少的物理块作为待进行垃圾处理的物理块。

优选地，获取闪存中待进行垃圾处理的物理块的步骤进一步包括：将待进行垃圾处理的物理块的索引列表从闪存加载到存储控制器中。

可以理解的是，由于固态硬盘固件访问存储控制器的速度远远大于访问闪存的速度，将物理块的索引列表从闪存加载到存储控制器中可以减少后续访问索引列表的时间，提高确定有效物理页面的速度。

步骤S204：根据L2P表和物理块对应的索引列表获取物理块中的有效物理页。

请一并参考图6，图6是图4中根据L2P表和物理块对应的索引列表获取物理块中的有效物理页的子流程示意图。如图6所示，根据L2P表和物理块对应的索引列表获取物理块中的有效物理页的操作包括如下步骤：

步骤S401：从物理块对应的索引列表中获取物理块中的第一物理页及与第一物理页对应的第一逻辑页的信息。

在步骤S401中，举例来说，请参考图3，根据P2L表可知，第一物理页0(P0)对应逻辑页0(L0)，也即映射信息为P0->L0，第一物理页2(P2)对应逻辑页0(L0)，也即映射信息为P2->L0。

步骤S402：在L2P表中获取与第一逻辑页相对应的第二物理页。

在步骤S402中，承接上述举例，请继续参考图3，根据L2P表可知，与逻辑页0(L0)相对应的物理页为第二物理页2(P2)。

步骤S403：检测第一物理页和第二物理页的信息是否匹配，若匹配，则执行步骤S404，否则执行步骤S405。

在步骤S403中，承接上述举例，对于第一物理页0来说，第一物理页0(P0)对应逻辑页0(L0)，而逻辑页0(L0)对应第二物理页2(P2)，第一物理页的信息为0、第二物理页的信息为2，两者不匹配。对于第一物理页2来说，第一物理页2(P2)对应逻辑页0(L0)，而逻辑页0(L0)对应第二物理页2(P2)，第一物理页的信息为2、第二物理页的信息为2，两者匹配。

步骤S404：判定第一物理页为有效物理页。

在步骤S404中，承接上述举例，P2L表中的第一物理页2(P2)为有效物理页。

步骤S405：判定第一物理页为无效物理页。

在步骤S405中，承接上述举例，P2L表中的第一物理页0(P0)为无效物理页。

步骤S205：对有效物理页中的数据进行转移并擦除物理块。

在步骤S205中，对有效物理页中的数据进行转移的步骤具体为：将待进行垃圾处理的物理块中的有效物理页中的数据读出来并写入新的物理块的物理页中，并同步更新L2P表和新的物理块对应的P2L表。

可以理解的是，当待进行垃圾处理的物理块中的有效物理页中的数据被转移后，该物理块中的所有物理页都变为无效物理页，此时可以直接擦除该物理块以实现垃圾处理。

以一个具体的实施例来说，假若待进行垃圾处理的物理块包含4096个物理页，垃圾处理时有一半的物理页是有效的，读取一个物理页的时间为50us，那么确定并读取有效物理页所花费的时间为50us(读取P2L表花费时间)+50us*2048(读取一半的有效物理页花费的时间)＝102450us。

通过上述方式，本发明第二实施例的基于闪存的垃圾处理的方法从物理块对应的索引列表中获取物理块中的第一物理页及与第一物理页对应的第一逻辑页的信息；在L2P表中获取与第一逻辑页的信息相对应的第二物理页；若第一物理页和第二物理页的信息匹配，则第一物理页为有效物理页，否则为无效物理页。通过上述方式，本发明能够快速地确定待进行垃圾处理的物理块中的有效物理页，从而大大提高了垃圾处理的效率，进而保证了固态硬盘的稳定性。

请参阅图7，图7为本发明实施例的固态硬盘的结构示意图。如图7所示，该固态硬盘包括处理器11及和处理器耦接的存储控制器12和闪存13。

存储控制器12存储有用于实现上述任一实施例所述的闪存自检的方法的程序指令。

处理器12用于执行存储控制器12存储的程序指令以对闪存13进行自检。

其中，处理器11还可以称为CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)。处理器11可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器11还可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

参阅图8，图8为本发明实施例的存储装置的结构示意图。本发明实施例的存储装置存储有能够实现上述所有方法的程序文件21，其中，该程序文件21可以以软件产品的形式存储在上述存储装置中，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)或处理器(processor)执行本申请各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储装置包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，或者是计算机、服务器、手机、平板等终端设备。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于闪存的垃圾处理的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取所述闪存中待进行垃圾处理的物理块；

根据L2P表和所述物理块对应的索引列表获取所述物理块中的有效物理页，其中，所述索引列表记录所述物理块中各物理页及与各所述物理页对应的逻辑页的关联关系；

对所述有效物理页中的数据进行转移并擦除所述物理块。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据L2P表和所述物理块对应的索引列表获取所述物理块中的有效物理页的步骤包括：

从所述物理块对应的所述索引列表中获取所述物理块中的第一物理页及与所述第一物理页对应的第一逻辑页的信息；

在所述L2P表中获取与所述第一逻辑页的信息相对应的第二物理页；

根据所述第一物理页和所述第二物理页获取所述物理块中的有效物理页。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述第一物理页和所述第二物理页获取所述物理块中的有效物理页的步骤包括：

检测所述第一物理页和所述第二物理页的信息是否匹配；

若所述第一物理页和所述第二物理页的信息匹配，则判定所述第一物理页为有效物理页；

若所述第一物理页和所述第二物理页的信息不匹配，则判定所述第一物理页为无效物理页。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述闪存中待进行垃圾处理的物理块的步骤之前，所述方法进一步包括步骤：

构建所述闪存中各所述物理块对应的所述索引列表。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述构建所述闪存中各所述物理块对应的所述索引列表的步骤包括：

检测所述闪存中是否有物理块被初次写入数据；

若检测结果为所述闪存中有所述物理块被初次写入数据，则在存储控制器中分配用于保存初次写入数据的所述物理块对应的所述索引列表的存储空间；

检测所述物理块是否已完成所有数据的写入；

若检测结果为所述物理块未完成所有数据的写入，则根据所述物理块被写入的数据依次更新存储在所述存储空间的所述索引列表；

若检测结果为所述物理块完成所有数据的写入，则将存储在所述存储控制器中的所述索引列表写入所述闪存中。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述物理块被写入的数据依次更新存储在所述存储空间的所述索引列表的步骤包括：

获取所述数据被写入的物理页的信息、以及与所述物理页对应的逻辑页的信息；

建立所述物理页和所述逻辑页的映射关系以形成所述索引列表。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述构建所述闪存中各所述物理块对应的所述索引列表的步骤之后，所述方法进一步包括：

检测是否触发所述闪存进行垃圾处理；

若检测结果为触发所述闪存进行垃圾处理，则执行获取所述闪存中待进行垃圾处理的物理块的步骤。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述获取所述闪存中待进行垃圾处理的物理块的步骤进一步包括：

将待进行垃圾处理的所述物理块的所述索引列表从所述闪存加载到所述存储控制器中。

9.一种固态硬盘，其特征在于，所述固态硬盘包括处理器、与所述处理器耦接的存储控制器和闪存，其中，

所述存储控制器存储有用于实现如权利要求1-8中任一项所述的基于闪存的垃圾处理的方法的程序指令；

所述处理器用于执行所述存储控制器存储的所述程序指令以对所述闪存进行垃圾处理。

10.一种存储装置，其特征在于，存储有能够实现如权利要求1-8中任一项所述方法的程序文件。