CN110780814A - 一种存储数据整理方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种存储数据整理方法与装置，包括：在碎片整理任务请求所涉及的擦除块内锁定尚未被锁定的写入页面；根据元数据哈希表在擦除块的写入页面中确定有效的逻辑区块并从中提取有效信息，并且向写入页面添加可回收标记；对包括的所有写入页面都带有可回收标记的擦除块执行擦除，并移除擦除块内所有写入页面的可回收标记和锁定；根据磨损平衡确定一空闲的低磨损擦除块来存储有效信息。本发明能够解决硬盘访问冲突问题，提高硬盘工作寿命和使用体验。

Description

一种存储数据整理方法与装置
技术领域
本发明涉及数据存储领域，更具体地，特别是指一种存储数据整理方法与装置。
背景技术
随着SSD(闪存)硬盘成本的不断降低和应用的普及，基于全闪存存储系统的开发也被提上日程。虽然SSD具备快速读写、质量轻、能耗低以及体积小等特点，但同时也存在较为明显缺点，例如，其使用寿命收到限制，即数据存储单元具有擦写次数限制。另外无效数据擦除不能像机械盘那样以比特为单位进行随意改写。针对这些缺点现有技术也存在优化方法，如磨损平衡、垃圾回收和坏块映射等，但会与日常读写产生冲突，影响硬盘寿命和使用体验。
针对现有技术中SSD存储优化存在冲突的问题，目前尚无有效的解决方案。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种存储数据整理方法与装置，能够解决硬盘访问冲突问题，提高硬盘工作寿命和使用体验。
基于上述目的，本发明实施例的第一方面提供了一种存储数据整理方法，响应于接收到碎片整理任务请求而执行以下步骤：
在碎片整理任务请求所涉及的擦除块内锁定尚未被锁定的写入页面；
根据元数据哈希表在擦除块的写入页面中确定有效的逻辑区块并从中提取有效信息，并且向写入页面添加可回收标记；
对包括的所有写入页面都带有可回收标记的擦除块执行擦除，并移除擦除块内所有写入页面的可回收标记和锁定；
根据磨损平衡确定一空闲的低磨损擦除块来存储有效信息。
在一些实施方式中，还包括：响应于接收到输入输出任务请求而将所涉及的未被锁定的写入页面锁定以使其不能被碎片整理任务请求锁定。
在一些实施方式中，在碎片整理任务请求所涉及的擦除块内锁定尚未被锁定的写入页面包括：等待已经被输入输出任务请求锁定的写入页面被解锁，并将其视为尚未被锁定的写入页面进行锁定。
在一些实施方式中，元数据哈希表包括由作为键的数据卷和逻辑区块地址、与作为值的元数据组成的键值对表；
根据元数据哈希表在擦除块的写入页面中确定有效的逻辑区块并从中提取有效信息包括：根据元数据哈希表获取键位于擦除块的写入页面中的元数据值，并基于值读取作为有效信息的数据。
在一些实施方式中，可回收标记也记载于元数据中。
本发明实施例的第二方面提供了一种存储数据整理装置，包括：
闪存，包括多个擦除块；
处理器；和
存储器，存储有处理器可运行的程序代码，程序代码在被运行时响应于接收到碎片整理任务请求而执行以下步骤：
在碎片整理任务请求所涉及的擦除块内锁定尚未被锁定的写入页面；
根据元数据哈希表在擦除块的写入页面中确定有效的逻辑区块并从中提取有效信息，并且向写入页面添加可回收标记；
对包括的所有写入页面都带有可回收标记的擦除块执行擦除，并移除擦除块内所有写入页面的可回收标记和锁定；
根据磨损平衡确定一空闲的低磨损擦除块来存储有效信息。
在一些实施方式中，步骤还包括：响应于接收到输入输出任务请求而将所涉及的未被锁定的写入页面锁定以使其不能被所述碎片整理任务请求锁定。
在一些实施方式中，在碎片整理任务请求所涉及的擦除块内锁定尚未被锁定的写入页面包括：等待已经被输入输出任务请求锁定的写入页面被解锁，并将其视为尚未被锁定的写入页面进行锁定。
在一些实施方式中，元数据哈希表包括由作为键的数据卷和逻辑区块地址、与作为值的元数据组成的键值对表；
根据元数据哈希表在擦除块的写入页面中确定有效的逻辑区块并从中提取有效信息包括：根据元数据哈希表获取键位于擦除块的写入页面中的元数据值，并基于值读取作为有效信息的数据。
在一些实施方式中，可回收标记也记载于元数据中。
本发明具有以下有益技术效果：本发明实施例提供的存储数据整理方法与装置，通过在碎片整理任务请求所涉及的擦除块内锁定尚未被锁定的写入页面；根据元数据哈希表在擦除块的写入页面中确定有效的逻辑区块并从中提取有效信息，并且向写入页面添加可回收标记；对包括的所有写入页面都带有可回收标记的擦除块执行擦除，并移除擦除块内所有写入页面的可回收标记和锁定；根据磨损平衡确定一空闲的低磨损擦除块来存储有效信息的技术方案，能够解决硬盘访问冲突问题，提高硬盘工作寿命和使用体验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的存储数据整理方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
基于上述目的，本发明实施例的第一个方面，提出了一种能够解决硬盘访问冲突问题的存储数据整理方法的一个实施例。图1示出的是本发明提供的存储数据整理方法的流程示意图。
所述存储数据整理方法，如图1所示，包括响应于接收到碎片整理任务请求而执行以下步骤：
步骤S101：在碎片整理任务请求所涉及的擦除块内锁定尚未被锁定的写入页面；
步骤S103：根据元数据哈希表在擦除块的写入页面中确定有效的逻辑区块并从中提取有效信息，并且向写入页面添加可回收标记；
步骤S105：对包括的所有写入页面都带有可回收标记的擦除块执行擦除，并移除擦除块内所有写入页面的可回收标记和锁定；
步骤S107：根据磨损平衡确定一空闲的低磨损擦除块来存储有效信息。
本发明实施例以SSD最小擦除数据块倍数(block)为单位(如128Mb)，进行全闪存储系统的垃圾回收；碎片数据整理则以写入闪存的最小数据块的倍数(page)为单位(如4kb)进行。每次获取一个需要回收的block，把有效的碎片数据依次拷贝到空闲block中。空闲block由存储系统依照闪存盘磨损平衡的原则依次从后端存储阵列中分配。本发明实施例通过设计任务队列的方式保证回收过程与IO(输入输出)互不冲突。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(ROM)或随机存储记忆体(RAM)等。所述计算机程序的实施例，可以达到与之对应的前述任意方法实施例相同或者相类似的效果。
在一些实施方式中，还包括：响应于接收到输入输出任务请求而将所涉及的未被锁定的写入页面锁定以使其不能被碎片整理任务请求锁定。例如，生成任务队列；响应于接收到输入输出任务请求而将所涉及的未被锁定的写入页面锁定；响应于接收到的输入输出任务请求所涉及的写入页面被锁定而将输入输出任务请求置于任务队列中。
在一些实施方式中，在碎片整理任务请求所涉及的擦除块内锁定尚未被锁定的写入页面包括：等待已经被输入输出任务请求锁定的写入页面被解锁，并将其视为尚未被锁定的写入页面，通过碎片整理任务请求进行锁定。
在一些实施方式中，元数据哈希表包括由作为键的数据卷和逻辑区块地址、与作为值的元数据组成的键值对表；根据元数据哈希表在擦除块的写入页面中确定有效的逻辑区块并从中提取有效信息包括：根据元数据哈希表获取键位于擦除块的写入页面中的元数据值，并基于值读取作为有效信息的数据。
在一些实施方式中，可回收标记也记载于元数据中。
根据本发明实施例公开的方法还可以被实现为由CPU执行的计算机程序，该计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中。在该计算机程序被CPU执行时，执行本发明实施例公开的方法中限定的上述功能。上述方法步骤以及系统单元也可以利用控制器以及用于存储使得控制器实现上述步骤或单元功能的计算机程序的计算机可读存储介质实现。
下面根据具体实施例进一步阐述本发明的实施方式。
首先，通过一个hash(哈希)表维护主机IO或GC(碎片整理/垃圾清理)任务请求。Hash查找的K-V(键值对)中，K为数据卷的卷ID与当前IO的LBA，V为正在对当前page执行操作的任务的元数据。每当有主机IO/GC对某个page进行操作时，都需要对当前page(page的元数据)加互斥锁(即锁定)。后来的访问请求需要等到当前操作完成后，才能获取对page操作的权限。这样的互斥任务队列，用于存放主机IO请求与GC互斥的任务请求。
然后，获取系统中需要回收的数据存储空间block。依次遍历block中的数据读写单元page是否还存在有效数据，若无效则标记为可回收。详细实现步骤如下：
(1)获取一个page并对其加互斥锁，若加锁成功，则查询其元数据中是否存在有效的LBA。若加锁失败，则跳转到第(4)步骤。
(2)若不存在有效的LBA。则在对应的元数据中把当前的page标记为可回收状态。禁止新的主机IO请求对其进行操作。跳转到第(1)步骤，继续查询下一个page是否可回收。
(3)若存在有效的LBA，则认为这个page中的数据有效，并把数据迁移到新的block中，并在元数据中把当前的page标记为可回收状态。禁止新的主机IO请求对其进行操作。跳转到第(1)步骤，继续查询下一个page是否可回收。
(4)若加锁失败，则说明当前有主机IO请求正在对这个page进行操作。则把GC请求放入等待任务列表。
(5)等主机IO操作完成，跳转到第(2)步骤。
(6)当整个block回收完成后，则执行block擦除操作，完成一个blcok的回收。
从上述实施例可以看出，本发明实施例提供的存储数据整理方法，通过在碎片整理任务请求所涉及的擦除块内锁定尚未被锁定的写入页面；根据元数据哈希表在擦除块的写入页面中确定有效的逻辑区块并从中提取有效信息，并且向写入页面添加可回收标记；对包括的所有写入页面都带有可回收标记的擦除块执行擦除，并移除擦除块内所有写入页面的可回收标记和锁定；根据磨损平衡确定一空闲的低磨损擦除块来存储有效信息的技术方案，能够解决硬盘访问冲突问题，提高硬盘工作寿命和使用体验。
需要特别指出的是，上述存储数据整理方法的各个实施例中的各个步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换之于存储数据整理方法也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在所述实施例之上。
基于上述目的，本发明实施例的第二个方面，提出了一种能够解决硬盘访问冲突问题的存储数据整理装置的一个实施例。存储数据整理装置包括：
闪存，包括多个擦除块；
处理器；和
存储器，存储有处理器可运行的程序代码，程序代码在被运行时响应于接收到碎片整理任务请求而执行以下步骤：
在碎片整理任务请求所涉及的擦除块内锁定尚未被锁定的写入页面；
根据元数据哈希表在擦除块的写入页面中确定有效的逻辑区块并从中提取有效信息，并且向写入页面添加可回收标记；
对包括的所有写入页面都带有可回收标记的擦除块执行擦除，并移除擦除块内所有写入页面的可回收标记和锁定；
根据磨损平衡确定一空闲的低磨损擦除块来存储有效信息。
在一些实施方式中，步骤还包括：响应于接收到输入输出任务请求而将所涉及的未被锁定的写入页面锁定以使其不能被所述碎片整理任务请求锁定。
在一些实施方式中，在碎片整理任务请求所涉及的擦除块内锁定尚未被锁定的写入页面包括：等待已经被输入输出任务请求锁定的写入页面被解锁，并将视为尚未被锁定的写入页面进行锁定。
在一些实施方式中，元数据哈希表包括由作为键的数据卷和逻辑区块地址、与作为值的元数据组成的键值对表；根据元数据哈希表在擦除块的写入页面中确定有效的逻辑区块并从中提取有效信息包括：根据元数据哈希表获取键位于擦除块的写入页面中的元数据值，并基于值读取作为有效信息的数据。
在一些实施方式中，可回收标记也记载于元数据中。
从上述实施例可以看出，本发明实施例提供的存储数据整理装置，通过在碎片整理任务请求所涉及的擦除块内锁定尚未被锁定的写入页面；根据元数据哈希表在擦除块的写入页面中确定有效的逻辑区块并从中提取有效信息，并且向写入页面添加可回收标记；对包括的所有写入页面都带有可回收标记的擦除块执行擦除，并移除擦除块内所有写入页面的可回收标记和锁定；根据磨损平衡确定一空闲的低磨损擦除块来存储有效信息的技术方案，能够解决硬盘访问冲突问题，提高硬盘工作寿命和使用体验。
需要特别指出的是，上述存储数据整理装置的实施例采用了所述存储数据整理方法的实施例来具体说明各模块的工作过程，本领域技术人员能够很容易想到，将这些模块应用到所述存储数据整理方法的其他实施例中。当然，由于所述存储数据整理方法实施例中的各个步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换之于所述存储数据整理装置也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在所述实施例之上。
以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种存储数据整理方法，其特征在于，应用于闪存，包括响应于接收到碎片整理任务请求而执行以下步骤：
在所述碎片整理任务请求所涉及的擦除块内锁定尚未被锁定的写入页面；
根据元数据哈希表在所述擦除块的所述写入页面中确定有效的逻辑区块并从中提取有效信息，并且向所述写入页面添加可回收标记；
对包括的所有写入页面都带有所述可回收标记的所述擦除块执行擦除，并移除所述擦除块内所有写入页面的所述可回收标记和锁定；
根据磨损平衡确定一空闲的低磨损擦除块来存储所述有效信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：响应于接收到输入输出任务请求而将所涉及的未被锁定的写入页面锁定以使其不能被所述碎片整理任务请求锁定。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述碎片整理任务请求所涉及的所述擦除块内锁定尚未被锁定的所述写入页面包括：等待已经被所述输入输出任务请求锁定的写入页面被解锁，并将其视为尚未被锁定的所述写入页面进行锁定。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述元数据哈希表包括由作为键的数据卷和逻辑区块地址、与作为值的元数据组成的键值对表；
根据所述元数据哈希表在所述擦除块的所述写入页面中确定有效的逻辑区块并从中提取有效信息包括：根据所述元数据哈希表获取所述键位于所述擦除块的所述写入页面中的元数据值，并基于所述值读取作为有效信息的数据。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述可回收标记也记载于所述元数据中。
6.一种存储数据整理装置，其特征在于，包括：
闪存，包括多个擦除块；
处理器；和
存储器，存储有处理器可运行的程序代码，所述程序代码在被运行时响应于接收到碎片整理任务请求而执行以下步骤：
在所述碎片整理任务请求所涉及的擦除块内锁定尚未被锁定的写入页面；
根据元数据哈希表在所述擦除块的所述写入页面中确定有效的逻辑区块并从中提取有效信息，并且向所述写入页面添加可回收标记；
对包括的所有写入页面都带有所述可回收标记的所述擦除块执行擦除，并移除所述擦除块内所有写入页面的所述可回收标记和锁定；
根据磨损平衡确定一空闲的低磨损擦除块来存储所述有效信息。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述步骤还包括：响应于接收到输入输出任务请求而将所涉及的未被锁定的写入页面锁定以使其不能被所述碎片整理任务请求锁定。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，在所述碎片整理任务请求所涉及的所述擦除块内锁定尚未被锁定的所述写入页面包括：等待已经被所述输入输出任务请求锁定的写入页面被解锁，并将其视为尚未被锁定的所述写入页面进行锁定。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述元数据哈希表包括由作为键的数据卷和逻辑区块地址、与作为值的元数据组成的键值对表；
根据所述元数据哈希表在所述擦除块的所述写入页面中确定有效的逻辑区块并从中提取有效信息包括：根据所述元数据哈希表获取所述键位于所述擦除块的所述写入页面中的元数据值，并基于所述值读取作为有效信息的数据。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述可回收标记也记载于所述元数据中。
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