CN110377222B - 储存系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种储存系统，包含随机存取记忆体、硬盘、非挥发性记忆体及处理电路，并且硬盘另包含媒体快取。当处理电路欲将随机存取记忆体的数据储存至硬盘时，数据会先储存至非挥发性记忆体，再由非挥发性记忆体不经过硬盘的媒体快取，而将数据直接写入硬盘的连续的磁区。

Description

储存系统
技术领域
本发明是有关于一种储存系统，且特别是有关于一种应用非挥发性记忆体的储存系统。
背景技术
随着使用者对于数据储存量的需求持续增加，储存装置制造商采用了许多技术来提升储存装置的容量。例如，硬盘制造商采用垂直磁纪录(Perpendicular MagneticRecording)、叠瓦式磁纪录(Shingled Magnetic Recording)及氦气填充等技术，来提升硬盘的容量。
除了扩充硬盘的容量，有些硬盘还可以依据数据的类型而进行不同的写入行为，以提升硬盘的存取效能。例如，当数据为连续写入时，亦即数据将储存于硬盘的数个连续的磁区(sector)时，硬盘会将数据直接写入至这些连续的磁区；当数据为随机写入时，亦即数据将不储存于硬盘的数个连续的磁区时，则数据会先写入硬盘的快取区域(cache)，之后才将数据从快取区域写入对应的磁区，以提升硬盘随机写入的效能。例如：采用叠瓦式磁记录的硬盘会采用媒体快取(media cache)来加速随机写入的效能。
采用上述机制的硬盘，虽然能够增进随机写入的效能，却也需要在系统或硬盘闲置时增加更多的背景活动，来将随机写入的数据由硬盘的快取区域写入对应的磁区。因此，不但背景活动的数量及耗电量可能大幅提升，硬盘在背景活动时也可能受到震动或撞击而提高损毁的风险。
此外，虽然某些制造商尝试着使用随机存取记忆体(random access memory，RAM)或快闪记忆体(flash memory)等方式额外作为硬盘的快取，以增进存取效能。但此种方式仍无法避免数据随机写入的情况，附随而来的背景活动的耗电以及毁损风险仍然无法降低。
因此，如何提供一种降低因硬盘的背景活动所带来的缺点，以提升硬盘的效能及可靠性，并且能降低硬盘的耗电量，已成为须解决的问题之一。
发明内容
根据本发明所提供的一种储存系统的实施例，包含一随机存取记忆体、一硬盘、一非挥发性记忆体及一处理电路，并且该硬盘包含一媒体快取。当处理电路欲将该随机存取记忆体的多个数据储存至该硬盘时，该多个数据将先储存至该非挥发性记忆体，再由该非挥发性记忆体不经过该硬盘的该媒体快取，而将该多个数据直接写入该硬盘的多个连续的磁区。
根据本发明的另一实施例，在上述的储存系统中，该多个连续的磁区的数量是一区块的磁区的数量的整数倍，并且该区块具有一预设的整数个磁区。
根据本发明的另一实施例，在上述的储存系统中，该多个数据的数据量总和小于或等于该区块的磁区的数量的整数倍的数据量总和。
根据本发明的另一实施例，在上述的储存系统中，当该处理电路欲由该硬盘将该多个数据的至少一部份读取至该随机存取记忆体时，该硬盘会将该多个数据的至少一部份先储存至该媒体快取，再由该媒体快取将该多个数据的至少一部份传送至该随机存取记忆体。
根据本发明的另一实施例，在上述的储存系统中，该媒体快取将该多个数据的至少一部份传送至该非挥发性记忆体，再由该非挥发性记忆体将该多个数据的至少一部份传送至该随机存取记忆体。
根据本发明的另一实施例，在上述的储存系统中，该非挥发性记忆体的一存取速度比该随机存取记忆体慢，并且比该硬盘快。
综上，本发明的储存系统能够避免随机写入机制的背景活动，不但能够加速硬盘的存取效能，也能降低硬盘的功率消耗，以及降低背景活动时的硬盘损毁风险。
附图说明
为让本揭示内容的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图示的说明如下：
图1为根据本发明一实施例所绘示的一种储存系统的功能方块图；
图2为图1的储存系统所执行的一种储存方法的流程图。
100：储存系统
110：处理电路
120：随机存取记忆体
130：硬盘
140：非挥发性记忆体
150：总线
200：储存方法
210、220、230：步骤
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图1为根据本发明一实施例所绘示的储存系统100的功能方块图，储存系统100包含处理电路110、随机存取记忆体120、硬盘130、非挥发性记忆体140和总线150。为使图式简洁而易于说明，储存系统100的其他元件并未绘示于图1中。
在本实施例中，处理电路110可以采用由微控制单元(microcontroller)、微处理器(microprocessor)、数字信号处理器(digital signal processor)、特殊应用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)或逻辑电路等方式实施。处理电路110设置用以执行作业系统或其他使用者所设定的程序。
在本实施例中，随机存取记忆体120是挥发性(volatile)且存取速度较快的记忆体，可以采用适当类型的动态随机存取记忆体(dynamic RAM，DRAM)或静态随机存取记忆体(static RAM，SRAM)等方式实施。随机存取记忆体120可储存处理电路110执行作业系统或其他程序时所需的数据。
在本实施例中，硬盘130为采用叠瓦式磁记录的硬盘，并且包含有媒体快取(mediacache)(未绘示于图中)，可以依据处理电路110的设置，而输出所储存的数据，或者将数据写入硬盘130内部的储存空间。在本发明中，硬盘130的媒体快取仅在读取数据时提供加速功能，而非用于提供写入数据时的加速功能。
在本实施例中，非挥发性记忆体140可以采用铁电随机存取记忆体(ferroelectric RAM)、磁阻式随机存取记忆体(magnetoresistiveRAM)、可变电阻式随机存取记忆体(resistive RAM)、相变记忆体(phase-change memory)等方式实施，其存取速度及使用寿命皆高于快闪记忆体(flash memory)。例如，相对于快闪记忆体可耐用约10万次的读写次数，非挥发性记忆体140可依据设计考量，而选择耐用读写次数更高的装置。例如，非挥发性记忆体140可采用英特尔傲腾(
Figure BDA0001653950930000041
Optane)储存装置，其存取速度介于动态随机存取记忆体与快闪记忆体之间，但其耐用度则高于传统的快闪记忆体。非挥发性记忆体140的存取速度比随机存取记忆体120慢，并且比硬盘130快。因此，非挥发性记忆体140可用以协助硬盘130的运作，以增进硬盘130的效能。
在本实施例中，总线150可以包含一种或多种技术的总线(bus)，使处理电路110、随机存取记忆体120、硬盘130和非挥发性记忆体140能够藉由总线150电性耦接而传递信号。例如，处理电路110可以通过记忆体总线(memory bus)与随机存取记忆体传收信号，处理电路110和硬盘130和非挥发性记忆体140间，可以采用快速外部连结(PeripheralComponent Interconnect Express,PCIe)或串行高技术连结(Serial AdvancedTechnology Attachment,SATA)等总线传收信号。为使图式简洁而易于说明，上述元件间的各种总线连接方式仅整合性地绘示为总线150。
在一实施例中，硬盘130和非挥发性记忆体140在作业系统由驱动程序整合为一个储存装置，而处理电路110经由作业系统的驱动程序来存取硬盘130和非挥发性记忆体140整合后的存取装置。在另一实施例中，处理电路110也可以藉由与硬盘130的控制电路(未绘示于图中)或非挥发性记忆体140的控制电路(未绘示于图中)协同运作，以存取硬盘130和非挥发性记忆体140。此外，硬盘130和非挥发性记忆体140仅是为了易于说明而绘示为两个功能方块，实际上硬盘130和非挥发性记忆体140也可以整合于同一个硬盘产品或者采用多个电子元件的方式实施。
在一实施例中，当处理电路110欲由硬盘130将数据读取至随机存取记忆体120时，硬盘130可以将数据预先储存于硬盘130的媒体快取，再由媒体快取将数据经由总线150传输至随机存取记忆体120。由于媒体快取通常会设置于硬盘130中存取速度较快的区域(例如：碟片最外圈的区域)，因此可以藉由将数据预先储存于硬盘130的媒体快取，来加速硬盘130的读取效能。在另一实施例中，当处理电路110欲由硬盘130将数据读取至随机存取记忆体120时，硬盘130可以将数据预先储存于硬盘130的媒体快取，再由媒体快取将数据储存至非挥发性记忆体140，再由非挥发性记忆体140经由总线150将数据传输至随机存取记忆体120，来加速硬盘130的读取效能。
图2为储存系统100所执行的一种储存方法200的流程图，以下将以图1和2说明储存系统100的运作方式。
在步骤210中，处理电路110欲将随机存取记忆体120的数据写入硬盘130，因此随机存取记忆体120的数据经由总线150先传输至非挥发性记忆体140。此时，无论随机存取记忆体120的数据在传统的硬盘中属于连续写入的方式或者随机写入的方式，在本发明的实施例中都将先储存于非挥发性记忆体140。
在步骤220中，当非挥发性记忆体140需要将数据写入硬盘130时，非挥发性记忆体140的控制电路会将欲写入硬盘130的数据设置为连续写入方式，亦即欲写入硬盘130的数据都将储存于硬盘130上的连续的磁区。在一实施例中，还可以将欲写入硬盘130的最小单位设置为一个区块(block)的整数倍，每个区块具有一预设的整数个磁区。例如，当一个磁区(sector)设置为512位元组(Byte)，而一个区块设置为4096位元组时，一个区块即为八个磁区。因此，在此实施例中，欲写入硬盘130的最小单位设置为一个区块的整数倍，也就是此外八个磁区的整数倍。此外，可以由硬盘制造商、作业系统设定或者经由使用者设定等方式，来分别设置磁区与区块的大小。
在一实施例中，当一个区块的大小等于八个磁区，当非挥发性记忆体140所储存的24个磁区的第一数据与16个磁区的第二数据欲写入硬盘130时，由于第一数据和第二数据的数据量总和正好是5个区块(40个磁区)的数据量，非挥发性记忆体140的控制电路会将第一数据及第二数据设置为储存于硬盘130的连续5个区块，亦即连续的40个磁区。
在另一实施例中，当一个区块的大小等于八个磁区，当非挥发性记忆体140所储存的6个磁区的第三数据与13个磁区的第四数据欲写入硬盘130时，由于第三数据和第四数据的数据量总和仅由19个磁区，并非一个区块的磁区的数量的整数倍的数据量总和，非挥发性记忆体140的控制电路会将欲写入硬盘130的数据仍然设置为写入整数个区块的磁区，使写入硬盘130的区块的数据量总和会大于或等于非挥发性记忆体140欲写入的数据量总和。亦即在本实施例中，非挥发性记忆体140的控制电路会将第三数据及第四数据设置为储存于硬盘130的连续3个区块，亦即连续的24个磁区，至于多余的5个磁区可以写入预设的数值(例如：全0或全1)或采用其他合适的方式。
在步骤230中，将非挥发性记忆体140欲写入硬盘130的数据，以步骤220中设置的方式，储存于磁碟130连续的磁区。
传统的硬盘中，数据会采用随机写入或连续写入的方式储存至硬盘。然而，在本发明的实施例中，藉由将数据储存于非挥发性记忆体140，并且将数据设置为以连续个磁区或者整数个区块的写入方式储存，使数据能够以连续写入的方式储存至硬盘130中连续的磁区。因此，在硬盘130的数据储存流程中，无须使用硬盘130的媒体快取来辅助随机写入机制，故不需要额外的背景活动来将由媒体快取的随机写入数据储存至硬盘130的磁区，而能大幅降低硬盘所消耗的功率。
此外，本发明的实施例藉由将非挥发性记忆体140的数据以区块的方式连续写入硬盘130，避免速度较慢的随机写入机制，因而能加速硬盘130的存取效能。此外，更可因硬盘130写入时间的减少，而降低硬盘130写入时受到震动或撞击而使碟片损毁的风险。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (4)

1.一种储存系统，其特征在于，包含：
一随机存取记忆体；
一硬盘，包含一媒体快取；
一非挥发性记忆体；以及
一处理电路，设置用以将该随机存取记忆体的多个数据储存至该硬盘；
其中该多个数据将先储存至该非挥发性记忆体，再由该非挥发性记忆体不经过该硬盘的该媒体快取，而将该多个数据直接写入该硬盘的多个连续的磁区；
当该处理电路欲由该硬盘将该多个数据的至少一部份读取至该随机存取记忆体时，该硬盘会将该多个数据的至少一部份先储存至该媒体快取，再由该媒体快取将该多个数据的至少一部份传送至该随机存取记忆体；
其中，该媒体快取将该多个数据的至少一部份传送至该非挥发性记忆体，再由该非挥发性记忆体将该多个数据的至少一部份传送至该随机存取记忆体，该媒体快取在读取数据时提供加速功能。
2.如权利要求1所述的储存系统，其特征在于，该多个连续的磁区的数量是一区块的磁区的数量的一整数倍，并且该区块具有一预设的整数个磁区。
3.如权利要求2所述的储存系统，其特征在于，该多个数据的数据量总和小于或等于该区块的磁区的数量的该整数倍的数据量总和。
4.如权利要求1所述的储存系统，其特征在于，该非挥发性记忆体的一存取速度比该随机存取记忆体慢，并且比该硬盘快。
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