CN109918316A - 一种减少ftl地址映射空间的方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种减少FTL地址映射空间的方法及其系统；其中，减少FTL地址映射空间的方法，包括：S1，根据逻辑页地址得出mpa和偏移；S2，判断mpa是否在cache中被命中；S3，判断mpa是否被写入过nand；S4，nomap加载操作，返回无效映射；S5，map加载操作；S6，直接查找mpa在cache中位置mpci，结合offset查找物理页地址gppa；S7，判断是否需要修改逻辑到物理映射；S8,修改mpci对应的cache中的映射表，并将mpci对应的mp标记为脏的mp；S9，判断是否促发mp写入nand条件；S10，将脏的mp写入nand。本发明采用cache空间动态管理地址映射表的方法取代将地址映射表全部加载在RAM的方法，减少RAM开销，节约硬件成本；实现了在性能影响有限情况下，减少FTL地址映射表空间，减少SSD的RAM成本。

Description

一种减少FTL地址映射空间的方法及其系统
技术领域
本发明涉及固态硬盘技术领域，更具体地说是指一种减少FTL地址映射空间的方法及其系统。
背景技术
FTL(Flash Translation Layer)算法是SSD(Solid State Disk)固件的核心部分，由于NAND不允许page上重复写入，FTL需要维护逻辑到物理的地址映射。目前SSD固件如果是采用页映射的方式，需要在RAM中维护所有逻辑页到物理页的映射，而在SSD中RAM资源又是有限并且昂贵的。如果以4K作为页映射的单位，假设页映射中一个表选项占用4B，容量128G的硬盘需要128M的RAM空间用于存放页映射表，这无疑提高了SSD的成本。
FTL最本质的工作便是地址映射，目前SSD固件常见的地址映射分为块映射、页映射、混合映射；页映射以page作为映射单位，每个逻辑页地址对应一个物理页地址；为了追求更好的随机性能(操作系统对这个很在意)，很多SSD会采用这种映射方式，但是由于闪存的页要比闪存块多的多，SSD需要更多的空间来存放映射表，为了存放这个映射表，当前的主流SSD一般会把缓冲数据和映射表统统存放在DRAM中，优点是查找更新映射表迅速，性能较好，劣势是多了一个DRAM，成本和功耗上升；而DRAM价格比较高昂，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，提供一种减少FTL地址映射空间的方法及其系统。
为实现上述目的，本发明采用于下技术方案：
一种减少FTL地址映射空间的方法，包括以下步骤：
S1，根据逻辑页地址得出mpa和偏移；
S2，判断mpa是否在cache中被命中；若是，进入S6；若否，则进入S3；
S3，判断mpa是否被写入过nand；若是，进入S5；若否，则进入S4；
S4，nomap加载操作，返回无效映射，跳转S7；
S5，map加载操作；
S6，直接查找mpa在cache中位置mpci，结合offset查找物理页地址gppa；
S7，判断是否需要修改逻辑到物理映射；若是，进入S8；若否，则结束；
S8,修改mpci对应的cache中的映射表，并将mpci对应的mp标记为脏的mp；
S9，判断是否促发mp写入nand条件；若是，进入S10，若否，则结束；
S10，将脏的mp写入nand。
其进一步技术方案为：所述mp为页映射表以及其他表按照一定数量规律分组排序，所述mpa为分组编号。
其进一步技术方案为：所述S2中，根据mpa计算hash_list中的哪个链表去遍历，遍历该链表下所有mpci，结合mpas表直到找到mpa，记录当前的mpci，如果没有找到则代表未命中。
其进一步技术方案为：所述S4中，nomap加载操作为从list_node里的clean_list的链表头处取出mpci放入链表尾，然后将mcpi对应的cache内容写入无效映射，更新mpas表格，索引mpci更新成新mpa，并将mpci标记为脏的mp。
其进一步技术方案为：所述S5中，map加载操作，为从list_node里的clean_list的链表头处取出mpci放入链表尾，然后将mcpi对应的cache内容替换成nand中加载出的数据，更新mpas表格，索引mpci更新成新mpa。
一种减少FTL地址映射空间的系统，包括得出单元，第一判断单元，第二判断单元，第一加载单元，第二加载单元，查找单元，第三判断单元，修改标记单元，第四判断单元，及写入单元；
所述得出单元，用于根据逻辑页地址得出mpa和偏移；
所述第一判断单元，用于判断mpa是否在cache中被命中；
所述第二判断单元，用于判断mpa是否被写入过nand；
所述第一加载单元，用于nomap加载操作，返回无效映射；
所述第二加载单元，用于map加载操作；
所述查找单元，用于直接查找mpa在cache中位置mpci，结合offset查找物理页地址gppa；
所述第三判断单元，用于判断是否需要修改逻辑到物理映射；
所述修改标记单元，用于修改mpci对应的cache中的映射表，并将mpci对应的mp标记为脏的mp；
所述第四判断单元，用于判断是否促发mp写入nand条件；
所述写入单元，用于将脏的mp写入nand。
其进一步技术方案为：所述mp为页映射表以及其他表按照一定数量规律分组排序，所述mpa为分组编号。
其进一步技术方案为：所述第一判断单元中，根据mpa计算hash_list中的哪个链表去遍历，遍历该链表下所有mpci，结合mpas表直到找到mpa，记录当前的mpci，如果没有找到则代表未命中。
其进一步技术方案为：所述第一加载单元中，nomap加载操作为从list_node里的clean_list的链表头处取出mpci放入链表尾，然后将mcpi对应的cache内容写入无效映射，更新mpas表格，索引mpci更新成新mpa，并将mpci标记为脏的mp。
其进一步技术方案为：所述第二加载单元中，map加载操作为从list_node里的clean_list的链表头处取出mpci放入链表尾，然后将mcpi对应的cache内容替换成nand中加载出的数据，更新mpas表格，索引mpci更新成新mpa。
本发明与现有技术相比的有益效果是：采用cache空间动态管理地址映射表的方法取代将地址映射表全部加载在RAM的方法，减少RAM开销，节约硬件成本；实现了在性能影响有限情况下，减少FTL地址映射表空间，减少SSD的RAM成本，能够更好地满足需求。
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为现有技术地址映射方式--页映射的示意图；
图2为本发明一种减少FTL地址映射空间的方法流程图；
图3为本发明一种减少FTL地址映射空间的方法使用示意图；
图4为本发明一种减少FTL地址映射空间的系统方框图。
10 得出单元 20 第一判断单元
30 第二判断单元 40 第一加载单元
50 第二加载单元 60 查找单元
70 第三判断单元 80 修改标记单元
90 第四判断单元 100 写入单元
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4所示的具体实施例，其中，如图1所示的现有技术；FTL最本质的工作便是地址映射，目前SSD固件常见的地址映射分为块映射、页映射、混合映射；页映射以page作为映射单位，每个逻辑页地址对应一个物理页地址；为了追求更好的随机性能(操作系统对这个很在意)，很多SSD会采用这种映射方式，但是由于闪存的页要比闪存块多的多，SSD需要更多的空间来存放映射表。在RAM中分配一段连续空间存放l2p和VPC等系统表格，m2p表格记录l2p表存放在nand中的位置，如果以4K作为页映射的单位，假设页映射中一个表选项占用4B，容量128G的硬盘需要128M空间用于存放l2p页映射表，这无疑提高了SSD的成本；为了存放这个映射表，当前的主流SSD一般会把缓冲数据和映射表统统存放在DRAM中，优点是查找更新映射表迅速，性能较好，劣势是多了一个DRAM，成本和功耗上升；而DRAM价格比较高昂。
如图2至图3所示，本发明公开了一种减少FTL地址映射空间的方法，包括以下步骤：
S1，根据逻辑页地址得出mpa和偏移；
S2，判断mpa是否在cache中被命中；若是，进入S6；若否，则进入S3；
S3，判断mpa是否被写入过nand；若是，进入S5；若否，则进入S4；
S4，nomap加载操作，返回无效映射，跳转S7；
S5，map加载操作；
S6，直接查找mpa在cache中位置mpci，结合offset查找物理页地址gppa；
S7，判断是否需要修改逻辑到物理映射；若是，进入S8；若否，则结束；
S8,修改mpci对应的cache中的映射表，并将mpci对应的mp标记为脏的mp；
S9，判断是否促发mp写入nand条件；若是，进入S10，若否，则结束；
S10，将脏的mp写入nand。
其中，所述mp为页映射表以及其他表按照一定数量规律分组排序，所述mpa为分组编号。
其中，在所述S2中，根据mpa计算hash_list中的哪个链表去遍历，遍历该链表下所有mpci，结合mpas表直到找到mpa，记录当前的mpci，如果没有找到则代表未命中。
其中，所述S4中，nomap加载操作为从list_node里的clean_list的链表头处取出mpci放入链表尾，然后将mcpi对应的cache内容写入无效映射，更新mpas表格，索引mpci更新成新mpa，并将mpci标记为脏的mp。
其中，所述S5中，map加载操作，为从list_node里的clean_list的链表头处取出mpci放入链表尾，然后将mcpi对应的cache内容替换成nand中加载出的数据，更新mpas表格，索引mpci更新成新mpa。
如图3所示，其中l2p table、VPC、EC指的是存放在nand中的表格，并不连续，将他们每512分组(mp)，然后编号(mpa)；m2p table存放mp在nand中的地址；L2P_CACHE_BUF是RAM中开辟的cache，以mpci索引cache块，每个cache块存放一个mp数据；Mpas数组存放各个mpci放的是哪个mp；hash_node提供了X个链表，用于链接被加载的mp占用的mpci，可以根据mpa知道对应mp只可能会在X中的某一个链表中，提供多个链表是为了更快速查表；hash_node提供了clean_list和dirty_list同样链接被加载的mpci，clean中索引的代表被加载后没有被修改过，dirty则相反。
本发明通过将地址映射表分组编号，并在RAM中开辟cache空间动态加载地址映射表，并在指定时候将被修改的mp写入nand中；这种方式相比于将地址映射表完全加载到RAM中，在性能影响有限的情况下，节省了很大的RAM空间，能够有效节省了SSD的资源成本。
如图4所示，本发明还公开了一种减少FTL地址映射空间的系统，包括得出单元10，第一判断单元20，第二判断单元30，第一加载单元40，第二加载单元50，查找单元60，第三判断单元70，修改标记单元80，第四判断单元90，及写入单元100；
所述得出单元10，用于根据逻辑页地址得出mpa和偏移；
所述第一判断单元20，用于判断mpa是否在cache中被命中；
所述第二判断单元30，用于判断mpa是否被写入过nand；
所述第一加载单元40，用于nomap加载操作，返回无效映射；
所述第二加载单元50，用于map加载操作；
所述查找单元60，用于直接查找mpa在cache中位置mpci，结合offset查找物理页地址gppa；
所述第三判断单元70，用于判断是否需要修改逻辑到物理映射；
所述修改标记单元80，用于修改mpci对应的cache中的映射表，并将mpci对应的mp标记为脏的mp；
所述第四判断单元90，用于判断是否促发mp写入nand条件；
所述写入单元100，用于将脏的mp写入nand。
其中，所述mp为页映射表以及其他表按照一定数量规律分组排序，所述mpa为分组编号。
其中，所述第一判断单元中，根据mpa计算hash_list中的哪个链表去遍历，遍历该链表下所有mpci，结合mpas表直到找到mpa，记录当前的mpci，如果没有找到则代表未命中。
其中，所述第一加载单元中，nomap加载操作为从list_node里的clean_list的链表头处取出mpci放入链表尾，然后将mcpi对应的cache内容写入无效映射，更新mpas表格，索引mpci更新成新mpa，并将mpci标记为脏的mp。
其中，所述第二加载单元中，map加载操作为从list_node里的clean_list的链表头处取出mpci放入链表尾，然后将mcpi对应的cache内容替换成nand中加载出的数据，更新mpas表格，索引mpci更新成新mpa。
本发明通过开辟cache空间动态管理地址映射表取代将地址映射表全部加载在RAM；开辟能够装载N个mp的cache空间，建立结构体管理起来；查表时候能够先看对应mp是否cache命中，如果没有可以动态加载；标记加载后被修改的mp，并提供机制在指定时间写入NAND；固态硬盘产品的固件采用cache空间动态管理地址映射表的方法取代将地址映射表全部加载在RAM的方法，减少RAM开销，节约硬件成本，实现了在性能影响有限情况下，减少FTL地址映射表空间，减少SSD的RAM成本，能够更好地满足需求。
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)

1.一种减少FTL地址映射空间的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，根据逻辑页地址得出mpa和偏移；
S2，判断mpa是否在cache中被命中；若是，进入S6；若否，则进入S3；
S3，判断mpa是否被写入过nand；若是，进入S5；若否，则进入S4；
S4，nomap加载操作，返回无效映射，跳转S7；
S5，map加载操作；
S6，直接查找mpa在cache中位置mpci，结合offset查找物理页地址gppa；
S7，判断是否需要修改逻辑到物理映射；若是，进入S8；若否，则结束；
S8,修改mpci对应的cache中的映射表，并将mpci对应的mp标记为脏的mp；
S9，判断是否促发mp写入nand条件；若是，进入S10，若否，则结束；
S10，将脏的mp写入nand。
2.根据权利要求1所述的一种减少FTL地址映射空间的方法，其特征在于，所述mp为页映射表以及其他表按照一定数量规律分组排序，所述mpa为分组编号。
3.根据权利要求1所述的一种减少FTL地址映射空间的方法，其特征在于，所述S2中，根据mpa计算hash_list中的哪个链表去遍历，遍历该链表下所有mpci，结合mpas表直到找到mpa，记录当前的mpci，如果没有找到则代表未命中。
4.根据权利要求1所述的一种减少FTL地址映射空间的方法，其特征在于，所述S4中，nomap加载操作为从list_node里的clean_list的链表头处取出mpci放入链表尾，然后将mcpi对应的cache内容写入无效映射，更新mpas表格，索引mpci更新成新mpa，并将mpci标记为脏的mp。
5.根据权利要求1所述的一种减少FTL地址映射空间的方法，其特征在于，所述S5中，map加载操作，为从list_node里的clean_list的链表头处取出mpci放入链表尾，然后将mcpi对应的cache内容替换成nand中加载出的数据，更新mpas表格，索引mpci更新成新mpa。
6.一种减少FTL地址映射空间的系统，其特征在于，包括得出单元，第一判断单元，第二判断单元，第一加载单元，第二加载单元，查找单元，第三判断单元，修改标记单元，第四判断单元，及写入单元；
所述得出单元，用于根据逻辑页地址得出mpa和偏移；
所述第一判断单元，用于判断mpa是否在cache中被命中；
所述第二判断单元，用于判断mpa是否被写入过nand；
所述第一加载单元，用于nomap加载操作，返回无效映射；
所述第二加载单元，用于map加载操作；
所述查找单元，用于直接查找mpa在cache中位置mpci，结合offset查找物理页地址gppa；
所述第三判断单元，用于判断是否需要修改逻辑到物理映射；
所述修改标记单元，用于修改mpci对应的cache中的映射表，并将mpci对应的mp标记为脏的mp；
所述第四判断单元，用于判断是否促发mp写入nand条件；
所述写入单元，用于将脏的mp写入nand。
7.根据权利要求6所述的一种减少FTL地址映射空间的系统，其特征在于，所述mp为页映射表以及其他表按照一定数量规律分组排序，所述mpa为分组编号。
8.根据权利要求6所述的一种减少FTL地址映射空间的系统，其特征在于，所述第一判断单元中，根据mpa计算hash_list中的哪个链表去遍历，遍历该链表下所有mpci，结合mpas表直到找到mpa，记录当前的mpci，如果没有找到则代表未命中。
9.根据权利要求6所述的一种减少FTL地址映射空间的系统，其特征在于，所述第一加载单元中，nomap加载操作为从list_node里的clean_list的链表头处取出mpci放入链表尾，然后将mcpi对应的cache内容写入无效映射，更新mpas表格，索引mpci更新成新mpa，并将mpci标记为脏的mp。
10.根据权利要求6所述的一种减少FTL地址映射空间的系统，其特征在于，所述第二加载单元中，map加载操作为从list_node里的clean_list的链表头处取出mpci放入链表尾，然后将mcpi对应的cache内容替换成nand中加载出的数据，更新mpas表格，索引mpci更新成新mpa。
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