CN109656834B - 数据管理方法以及数据储存系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及考量多通道优势与使用特性的数据储存装置命名空间规划，具体地说，提供一种涉及命名空间规划的数据管理方法以及数据储存系统。本发明中，一主机从一数据储存装置取得一通道数量。该主机判断该数据储存装置上所建立的命名空间数量为1时，依据该通道数量而将多个使用者数据的多个逻辑地址均分至各通道而映射至多个物理地址。如果命名空间的数量大于1，该主机将该通道数量平均地分配给所有命名空间，令每一命名空间的多个使用者数据的多个逻辑地址映射至所分配的通道中的多个物理地址。该主机输出包括这些使用者数据以及这些物理地址的一存取指令至该数据储存装置。

Description

数据管理方法以及数据储存系统
技术领域
本发明有关于数据储存装置，特别有关于非挥发式存储器的命名空间(namespace)配置。
背景技术
非挥发式存储器有多种形式─例如，快闪存储器(flash memory)、磁阻式随机存取存储器(Magnetoresistive RAM)、铁电随机存取存储器(Ferroelectric RAM)、电阻式随机存取存储器(Resistive RAM)、自旋转移力矩随机存取存储器(Spin Transfer Torque-RAM，STT-RAM)…等，用于长时间数据保存。
非挥发式存储器是先进行命名空间(namespace)规划再使用。主机下达的指令会指示系操作哪个命名空间；例如，对某命名空间的写入(write)、读取(read)、数据抹除(erase)操作。如何适当规划命名空间为本技术领域一项重要课题。
发明内容
本发明提出考量多通道优势与使用特性的数据储存装置命名空间规划，包括数据管理方法以及数据储存系统。
根据本发明一种实施方式所实现的一数据储存系统包括一主机以及一数据储存装置。该主机从该数据储存装置取得一装置参数，该装置参数包括一通道数量。该主机判断该数据储存装置上所建立的命名空间的数量。在命名空间的数量为1时，该主机依据该通道数量而将多个使用者数据的多个逻辑地址均分至各通道而映射至多个物理地址，据以输出包括这些使用者数据以及这些物理地址的一存取指令至该数据储存装置。
如果命名空间的数量大于1，该主机将该通道数量平均地分配给所有命名空间，令每一命名空间的多个使用者数据的多个逻辑地址映射至所分配的通道中的多个物理地址，据以输出包括这些使用者数据以及这些物理地址的一存取指令至该数据储存装置。
该主机将各命名空间的这些逻辑地址映射至这些物理地址的多个映射关系记录至各命名空间的一逻辑-物理映射表。
根据本发明一种实施方式实现的一数据管理方法包括以下步骤：从一数据储存装置取得一装置参数，该装置参数包括一通道数量；判断该数据储存装置上所建立的命名空间的数量是否大于1；如果否，依据该通道数量而将多个使用者数据的多个逻辑地址映射至多个物理地址；以及输出包括这些使用者数据以及这些物理地址的一存取指令至该数据储存装置。
此外，如果命名空间的数量大于1，所述数据管理方法可将该通道数量平均地分配给所有命名空间，而将每一命名空间的多个使用者数据的多个逻辑地址映射至所分配的通道中的多个物理地址。
所述数据管理方法可将这些逻辑地址映射至这些物理地址的多个映射关系记录至一逻辑-物理映射表。
下文特举实施例，并配合附图，详细说明本发明内容。
附图说明
图1根据本发明一种实施方式图解一数据储存装置100，主机104将给予多笔使用者数据分别位于通道CH#0…CH#3的物理页面地址；且
图2为流程图，描述根据本发明一种实施方式实现的数据管理方法。
符号说明
100～数据储存装置；
102～控制器；
104～主机；
B000…B31n～区块；
CH#0、CH#1、CH#2以及CH#3～通道；
Chip#0、Chip#1～芯片；
LUN#0、LUN#1、LUN2以及LUN#3～逻辑单元编号；
S202…S210～步骤。
具体实施方式
以下叙述列举本发明的多种实施例。以下叙述介绍本发明的基本概念，且并非意图限制本发明内容。实际发明范围应依照权利要求书来界定。
非挥发式存储器可以是快闪存储器(Flash Memory)、磁阻式随机存取存储器(Magnetoresistive RAM)、铁电随机存取存储器(Ferroelectric RAM)、电阻式存储器(Resistive RAM，RRAM)、自旋转移力矩随机存取存储器(Spin Transfer Torque-RAM，STT-RAM)…等，提供长时间数据保存的储存媒体，可用于实现数据储存装置、或应用于数据中心。以下特别以快闪存储器为例进行讨论。
现今数据储存装置常以快闪存储器为储存媒体，用来实现记忆卡(Memory Card)、通用串行总线闪存装置(USB Flash Device)、固态硬碟(SSD)…等产品。有一种应用是采多芯片封装(Multi-Chip Packaging)、将快闪存储器与其控制器包装在一起─称为嵌入式快闪存储器模组(如eMMC)。
以快闪存储器为储存媒体的数据储存装置可应用于多种电子装置上。所述电子装置包括智慧型手机、穿戴装置、平板电脑、虚拟实境设备、行车电脑…等。电子装置的运算模块可视为一主机(Host)，操作电子装置所使用的数据储存装置，透过数据储存装置中的控制器存取数据储存装置中的快闪存储器。
快闪存储器实现的数据储存装置也可用于建构数据中心(Data Center)。例如，伺服器可操作固态硬碟(SSD)阵列形成数据中心。伺服器即可视为一主机(Host)，操作所连结的固态硬碟，以存取其中快闪存储器。
数据储存装置完成初始化之后，主机可发出认别(Identify)命令至数据储存装置，数据储存装置则回传装置参数，例如，逻辑区块地址(Logical Block Address，LBA)格式、通道数量、逻辑单元编号(Logical Unit Number，LUN)数量、平行单元(Parallel Unit，PU)数量、平面数量、区块数量、或页面数量，至主机，其中，逻辑单元编号为芯片致能(ChipEnable，CE)信号控制的最小单位，平行单元数量表示在同一通道中逻辑单元编号的数量，逻辑区块为管理使用者数据的最小单位，例如是512B或4KB。
主机取得装置参数之后，即可依据装置参数而对数据储存装置的储存空间进行命名空间(Namespace)规划。规划好命名空间后，主机即可发出存取指令至数据储存装置，其中，存取指令包括表示物理页面地址(Physical Page Address，PPA)起始值、物理页面地址数量、存储器地址等数据，其中，物理页面地址较佳包含通道编号、逻辑单元编号、平面编号、区块编号、页面编号等资讯以表示特定的物理页面。此外，存取指令还可包括此命名空间的命名空间编号(ID)。之后，数据储存装置再依据存取指令对储存空间的特定物理地址进行写入(Write)或读取(Read)操作。
主机较佳产生/维护逻辑-物理映射表(L2P Table)以建立逻辑区块地址与物理页面地址的映射关系，其中，每一逻辑-物理映射表较佳对应至一个命名空间，也可以产生一全局(Global)逻辑-物理映射表来对应至所有命名空间。本发明在命名空间规划上考量了快闪存储器操作效能─特别是将快闪存储器多通道存取的优势以及操作要点考量于命名空间规划中。
为了达到存取数据储存装置的储存空间最高效率化，在存取指令中主机较佳给予多笔使用者数据分别位于不同通道的物理页面地址。数据储存装置依据存取指令进行写入操作时，由于使用者数据分别位于不同通道的物理页面地址，因此，数据储存装置可采多通道方式存取(Multi-Channel Accessing)将多笔使用者数据同步地写入至储存空间，其中，数据储存装置较佳使用同一芯片致能(Chip Enable)指令以执行写入操作。
图1根据本发明一种实施方式图解一数据储存装置100，主机104将给予多笔使用者数据分别位于通道CH#0…CH#3的物理页面地址。数据储存装置100以及主机104组成一数据储存系统。图示以两个快闪存储器晶片Chip#0以及Chip#1提供储存空间，存储器芯片Chip#0包含逻辑单元编号#0～#1(LUN#0与LUN#1)，存储器芯片Chip#1包含逻辑单元编号#2～#3(LUN#2与LUN#3)。逻辑单元编号#0～#1(LUN#0与LUN#1)分别对应通道CH#0以及CH#1，逻辑单元编号#2～#3(LUN#2与LUN#3)分别对应通道CH#2以及CH#3。逻辑单元编号#0(LUN#0)支援两平面的存取：一平面包括区块B000、B001…B00n，另一平面包括区块B010、B011…B01n。逻辑单元编号#1(LUN#1)支援两平面的存取：一平面包括区块B100、B101…B10n，另一平面包括区块B110、B111…B11n。逻辑单元编号#2(LUN#2)支援两平面的存取：一平面包括区块B200、B201…B20n，另一平面包括区块B210、B211…B21n。逻辑单元编号#3(LUN#3)支援两平面的存取：一平面包括区块B300、B301…B30n，另一平面包括区块B310、B311…B31n。控制器102可通过四通道CH#0…CH#3存取八平面内容。在此架构下，主机104可给予8笔使用者数据分布于通道CH#0…CH#3上八个平面的物理页面地址。数据储存装置不但可以4通道方式存取进行写入操作，每一通道中还可使用轮替(Interleaving)方式以加速写入操作。
图2为流程图，描述根据本发明一种实施方式实现的数据管理方法。参阅图2步骤S202，主机104取得装置参数。主机104输出认别命令至数据储存装置，数据储存装置则回传装置参数至主机104。
步骤S204，主机104判断在数据储存装置上所建立的命名空间的数量是否大于1。若无，则执行步骤S206；若有，则执行步骤S208。
在步骤S206中，主机104依据通道数量而将多个使用者数据的多个逻辑区块地址映射至多个物理页面地址。一种实施方式系使所有通道均匀为单个命名空间所用。假设主机104欲建立一个命名空间，例如，欲建立的命名空间为命名空间#0，则主机104产生一逻辑-物理映射表#0以记录使用者数据的逻辑区块地址与物理页面地址的映射关系，并依据通道数量而将使用者数据的逻辑区块地址映射至不同的物理页面地址。以图1的架构为例，当主机104欲写入8笔使用者数据至命名空间#0时，此8笔使用者数据的逻辑区块地址例如分别为LBA#0～7，主机104依序将LBA#0～7分配位于4个通道中8个平面的8个区块的8个页面，即分配位于通道CH#0～#3的总共8个物理页面地址给LBA#0～7。主机104较佳使用指标以指向欲存取的物理页面地址，此物理页面地址例如是[#0,#0,#0,#0,#0]、[#0,#0,#1,#0,#0]、[#1,#1,#0,#0,#0]、[#1,#1,#1,#0,#0]、[#2,#2,#0,#0,#0]、[#2,#2,#1,#0,#0]、[#3,#3,#0,#0,#0]、[#3,#3,#1,#0,#0]，其中，第一个数值表示通道编号，第二个数值表示逻辑单元编号，第三个数值表示平面编号，第四个数值表示区块编号，第五个数值表示页面编号，其中，一个物理页面地址所对应的物理页面可用以储存一笔使用者数据。当特定平面的特定区块的所有页面已写满数据之后，主机104再将指标指向下一个区块的预设起始页面，例如页面#0。
另外，主机104使用所有通道来建立物理页面地址时，亦可将不同通道、逻辑单元编号、以及平面的区块模拟成超级区块，将超级区块中页面编号相同的页面模拟成超级页面。以此为例，当主机104仅欲写入1笔使用者数据至命名空间#0时，则主机104不会发出存取指令至数据储存装置，或发出带有上述8笔物理页面地址的存取指令至数据储存装置，其中，仅1笔物理页面地址用以储存有效的使用者数据，另外7笔物理页面地址则储存虚假(Dummy)数据。
在步骤S208中，主机104通道数量平均地分配给每一命名空间，而将每一命名空间的多个使用者数据的多个逻辑区块地址映射至所分配的通道数量中的多个物理页面地址。假设主机104欲建立2个命名空间，例如，欲建立的命名空间为命名空间#0以及#1，由于装置参数显示通道数量为4，所以，主机104分配2个通道数量至每一命名空间，例如，命名空间#0分配通道CH#0以及#1，命名空间#1分配通道CH#2以及#3。另外，主机104产生逻辑-物理映射表#0以记录命名空间#0中使用者数据的逻辑区块地址与物理页面地址的映射关系，逻辑-物理映射表#1以记录命名空间#1中使用者数据的逻辑区块地址与物理页面地址的映射关系。另外，主机104可产生总体(Global)逻辑-物理映射表以记录命名空间#0以及#1中使用者数据的逻辑区块地址与物理页面地址的映射关系。
以图1的架构为例，当主机104欲写入4笔使用者数据至命名空间#0，此4笔使用者数据的逻辑区块地址例如分别为LBA#8～11，主机104依序将LBA#8～11分配位于2个通道，即分配位于通道CH#0～#1的总共4个物理页面地址给LBA#8～11，此4个物理页面地址例如是[#0,#0,#0,#0,#0]、[#0,#0,#1,#0,#0]、[#1,#1,#0,#0,#0]、[#1,#1,#1,#0,#0]，其中，第一个数值表示通道编号，第二个数值表示逻辑单元编号，第三个数值表示平面编号，第四个数值表示区块编号，第五个数值表示页面编号。当主机104欲写入8笔使用者数据至命名空间#1，此8笔使用者数据的逻辑区块地址例如分别为LBA#12～19，主机104依序将LBA#12～19分配位于2个通道，即分配位于通道CH#2～#3的总共8个物理页面地址给LBA#12～19，此8个物理页面地址例如是[#2,#2,#0,#0,#0]、[#2,#2,#1,#0,#0]、[#3,#3,#0,#0,#0]、[#3,#3,#1,#0,#0]、[#2,#2,#0,#0,#1]、[#2,#2,#1,#0,#1]、[#3,#3,#0,#0,#1]、[#3,#3,#1,#0,#1]，其中，第一个数值表示通道编号，第二个数值表示逻辑单元编号，第三个数值表示平面编号，第四个数值表示区块编号，第五个数值表示页面编号。
在步骤S210中，主机104输出包括多个使用者数据以及多个物理页面地址的存取指令至数据储存装置。当物理页面地址决定之后，主机104可发出存取指令至数据储存装置，存取指令包括使用者数据以及物理页面地址。数据储存装置收到存取指令之后，再将使用者数据写入至存取指令所指定的物理页面地址，达到数据管理的目的。
一种实施方式中，命名空间#0储存操作系统的软件，而命名空间#1储存使用者数据。若在作业系统中要求使用者数据，本发明规划将成功避开集中存取特定通道。作业系统以及使用者数据存取皆高速运行且不互相干扰。在另一种实施方式中，命名空间#0储存机密数据，而命名空间#1储存非机密数据，因此，主机104可以依据使用者的权限而有效地进行数据的管理。
整理之，根据以上流程，主机104将所有通道平均地分配给命名空间，再使用分配的通道来建立物理页面地址，如此一来，每一命名空间的数据存取将限制在所分配的通道中，因此，不同命名空间的数据存取将不互相干扰，因此，不同命名空间的数据存取所造成噪音可予以消除，达到本发明的目的。
凡采用本发明所提出的命名空间规划技术者，即有可能涉及本发明所欲保护的范围。基于以上技术内容，本发明更涉及非挥发式存储器操作方法。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉本技术领域者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当由权利要求书界定为准。

Claims (5)

1.一种数据管理的方法，包括：
从一数据储存装置取得一装置参数，该装置参数包括一通道数量；
判断该数据储存装置上所建立的命名空间的数量是否大于1；
如果否，依据该通道数量而将多个使用者数据的多个逻辑地址映射至多个物理地址；
输出包括这些使用者数据以及这些物理地址的一存取指令至该数据储存装置；以及
如果命名空间的数量大于1，则该通道数量平均地分配给所有命名空间，而将每一命名空间的多个使用者数据的多个逻辑地址映射至所分配的通道中的多个物理地址。
2.如权利要求1所述的数据管理的方法，其特征在于，还包括：
将这些逻辑地址映射至这些物理地址的多个映射关系记录至一逻辑-物理映射表。
3.如权利要求1所述的数据管理的方法，其特征在于，还包括：
将各命名空间的这些逻辑地址映射至这些物理地址的多个映射关系记录至各命名空间的一逻辑-物理映射表。
4.一种数据储存系统，包括：
一数据储存装置；
一主机，从该数据储存装置取得一装置参数，该装置参数包括一通道数量，该主机判断该数据储存装置上所建立的命名空间的数量，在命名空间的数量为1时，依据该通道数量而将多个使用者数据的多个逻辑地址均分至各通道而映射至多个物理地址，据以输出包括这些使用者数据以及这些物理地址的一存取指令至该数据储存装置；以及
如果命名空间的数量大于1，该主机将该通道数量平均地分配给所有命名空间，令每一命名空间的多个使用者数据的多个逻辑地址映射至所分配的通道中的多个物理地址，据以输出包括这些使用者数据以及这些物理地址的一存取指令至该数据储存装置。
5.如权利要求4所述的数据储存系统，其特征在于：
该主机将各命名空间的这些逻辑地址映射至这些物理地址的多个映射关系记录至各命名空间的一逻辑-物理映射表。
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