CN110908790B - 存储器存储装置及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一种存储器存储装置及其操作方法，该存储器存储装置耦接至执行多个程序的一主机，包括一存储器阵列以及一控制器。该操作方法包括：由该控制器接收由该主机所传来的这些程序中的一第一程序的一第一请求与一第一程序辨别码；以及该控制器根据该第一程序的该第一程序辨别码所对应的一第一垃圾收集额度参数，以对该第一请求与一垃圾收集操作进行排序，该第一垃圾收集额度参数代表该第一程序的一第一垃圾收集等待时间。当该第一程序辨别码所对应的该第一垃圾收集额度参数到达一阈值时，该第一请求的排序优于该垃圾收集操作。当该第一程序辨别码所对应的该第一垃圾收集额度参数未到达该阈值时，该垃圾收集操作的排序优于该第一请求。

Description

存储器存储装置及其操作方法
技术领域
本发明属于存储器技术领域，涉及一种存储器存储装置及其操作方法，且特别是涉及一种非易失性存储器存储装置及其操作方法。
背景技术
主机(耦接至存储器存储装置)可能执行一个到多个程序(process)，这些程序有可能想要同时存取存储器存储装置内的相同或不同芯片。所以，在排序这些程序的存取先后顺序时，原则上应该考虑每个程序在存取时的公平性(fairness)。亦即，尽量不要让某一个程序占去太多访问时间，或者是出现某一程序一直没有机会存取的情况，这将使得公平性不足，降低系统性能。
据此，为考虑到公平性与性能的问题，在以前，可利用排序器(scheduler)，如果有某一程序占太多资源，则该排序器可以先暂停(block)该程序的存取，并让其他程序来存取存储器。
然而，现有方法并未考虑垃圾回收(Garbage Collection，缩写为GC)。垃圾回收在计算机科学中是一种自动的存储器管理机制。当一个计算机上的易失存储器不再需要时，就应该予以释放，以释放出存储器，这种存储器资源管理，称为垃圾回收。
例如，当有2个程序在存取存储器时，如果有其中一个程序触发了GC，则另一个程序需要等待GC完成才能继续存取存储器，这将使得系统性能降低。
因此，如何兼顾程序在存取存储器时的公平性是目前业界努力方向之一。
发明内容
根据本案一实施例，提出一种存储器存储装置的操作方法，该存储器存储装置耦接至执行多个程序的一主机，该存储器存储装置包括一存储器阵列以及一控制器，该操作方法包括：由该控制器接收由该主机所传来的这些程序中的一第一程序的一第一请求与一第一程序辨别码；以及该控制器根据该第一程序的该第一程序辨别码所对应的一第一垃圾收集额度参数，以对该第一请求与一垃圾收集操作进行排序，该第一垃圾收集额度参数代表该第一程序的一第一垃圾收集等待时间。当该第一程序辨别码所对应的该第一垃圾收集额度参数到达一阈值时，该第一请求的排序优于该垃圾收集操作。当该第一程序辨别码所对应的该第一垃圾收集额度参数未到达该阈值时，该垃圾收集操作的排序优于该第一请求。
根据本案另一实施例，提出一种存储器存储装置，耦接至一主机，该主机执行多个程序，该存储器存储装置包括：一存储器阵列；以及一控制器，耦接至该存储器阵列与该主机，该控制器接收由该主机所传来的这些程序中的一第一程序的一第一请求与一第一程序辨别码，该控制器根据该第一程序的该第一程序辨别码所对应的一第一垃圾收集额度参数，以对该第一请求与一垃圾收集操作进行排序，该第一垃圾收集额度参数代表该第一程序的一第一垃圾收集等待时间。当该第一程序辨别码所对应的该第一垃圾收集额度参数到达一阈值时，该第一请求的排序优于该垃圾收集操作。当该第一程序辨别码所对应的该第一垃圾收集额度参数未到达该阈值时，该垃圾收集操作的排序优于该第一请求。
为了对本发明的上述及其他方面有更好的了解，下文特举实施例，并配合所附附图详细说明如下：
附图说明
图1显示根据本案一实施例的存储器存储装置的架构示意图。
图2显示根据本案一实施例的公平GC排序器的操作示意图。
图3显示根据本案一实施例的操作示意图。
图4，其显示根据本案一实施例的另一种操作示意图。
图5显示根据本案一实施例的存储器存储装置的操作方法。
【符号说明】
200：存储器存储装置； 210：控制器；
220：存储器阵列； 230：主机接口逻辑；
240：闪存转译层； 242：映射器；
244：GC管理器； 246：公平GC排序器；
248：队列； 100：主机；
P1-PN：程序； 110：输出/入排序器；
Req：请求； PID：程序辨别码；
TGC-start、TR-arrival、TGC-suspend、TGC-resume、TGC-complete：时间点；
T1-T5：时间点； 510、520：步骤。
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，对本发明进一步详细说明。
本说明书的技术用语参照本技术领域的习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语的解释以本说明书的说明或定义为准。本公开的各个实施例分别具有一个或多个技术特征。在可能实施的前提下，本技术领域具有公知常识的技术人员可选择性地实施任一实施例中部分或全部的技术特征，或者选择性地将这些实施例中部分或全部的技术特征加以组合。
图1显示根据本案一实施例的存储器存储装置200的架构示意图。如图1所示，存储器存储装置200包括控制器210与存储器阵列220。存储器存储装置200耦接至主机100。
控制器210包括：主机接口逻辑(host interface logic，HIL)230与闪存转译层(flash translation layer，FTL)240。在一实例中，主机接口逻辑230与闪存转译层240乃是以固件方式实施，但本案并不受限于此。
闪存转译层240包括：映射器(mapping unit)242、GC管理器(GC manager)244、公平GC排序器(fair GC scheduler)246与队列(queue)248。
映像器242用以将主机100所传来的逻辑地址(logical address)转译为物理地址(physical address)。
GC管理器244用以进行GC管理。在本案实施例中，GC管理器244进行GC操作的时间点则由公平GC排序器246来排序。
公平GC排序器246用于将程序请求与GC的操作顺序进行排序，其细节将在下面说明。
队列248用以存储公平GC排序器246所排序的请求与GC的操作顺序，以让存储器阵列220依照所排定的操作顺序来执行请求或GC。
存储器阵列220包括排列成阵列形式的多个存储器晶胞、多个字线与多个位线。这些存储器晶胞举例但不受限于，是闪存晶胞或其他的非易失性存储器晶胞，如相变化存储器(Phase Change Random Access Memory，PCRAM)，可变电阻式存储器(Resistiverandom-access memory，缩写为RRAM或ReRAM)，嵌入式多媒体卡(Embedded Multi-MediaCard，eMMC)，固态硬盘(Solid-state drive或Solid-state disk，简称SSD)等。
在主机100的操作系统上有一个或多个程序P1-PN(N为正整数)在执行。另外，主机100还包括输出/入排序器(I/O scheduler)110，其根据所接收到的这些程序P1-PN的请求，将请求(Req)与程序辨别码(PID)送至存储器存储装置200，该程序辨别码(PID)可用于辨别该请求是由哪一个程序所发出，亦即不同的程序分配到不同的程序辨别码。输出/入排序器110可侦测这些程序P1-PN的资源消耗，并重新分配资源给这些程序P1-PN。输出/入排序器110的细节在此可不特别限定。
现请参考图2，其显示根据本案一实施例的公平GC排序器246的操作示意图。如图2所示，假设由输出/入排序器110所排定的执行顺序由高至低分别是：GC、PID＝1的请求(亦即，来自程序P1的请求)、PID＝2的请求(亦即，来自程序P2的请求)、PID＝3的第1个请求(亦即，来自程序P3的请求)与PID＝3的第2个请求(亦即，来自程序P3的请求)，其中，1代表优先执行，5代表最后执行。不过，经过检查各程序所对应的GC额度(GC quota)后(程序P1与程序P2的GC额度未到达阈值(例如GC额度不为0)，而程序P3的GC额度到达阈值(例如GC额度为0))，公平GC排序器246将执行顺序重新排序为：PID＝3的第1个请求(亦即，来自程序P3的请求)、PID＝3的第2个请求(亦即，来自程序P3的请求)、GC、PID＝1的请求(亦即，来自程序P1的请求)、PID＝2的请求(亦即，来自程序P2的请求)。其中，以GC额度而言，如果某一程序的GC额度到达阈值(例如但不受限于，GC额度＝0)代表该程序所发出的请求有高优先执行顺序(比GC的执行顺序高)；反之，如果某一程序的GC额度未到达阈值(例如但不受限于，GC额度不等0)，代表该程序所发出的请求不具有高优先执行顺序(比GC的执行顺序低)。GC额度的细节将在后面进行说明。经由公平GC排序器246所排定后的执行顺序会暂存至队列248中，之后，便依公平GC排序器246所排定后的执行顺序来对存储器阵列220进行存取或GC。
现将进一步说明本案一实施例中，如何决定GC与请求的执行顺序。请参照图3，其显示根据本案一实施例的操作示意图。横轴是时间轴，最左方代表T＝0。假设在时间点TGC-start时，公平GC排序器246排定开始执行GC。之后，在时间点TR-arrival时，有一程序的请求1到达，而该程序所对应的GC额度尚未到达该阈值(假设GC额度目前为5)，故而，GC可以继续执行。由于目前正在执行GC，故而，程序的请求1必须等待。程序的请求1每等待1个时间单位，其GC额度便减少1个固定值(例如1)(亦即GC额度被公平GC排序器246更新)。所以，当程序的请求1等待了5个时间单位后(GC等待时间为5个时间单位)，其GC额度从5减少为0，所以，在此时，公平GC排序器246将GC的执行暂停(如时间点TGC-suspend所示)，因为公平GC排序器246必须让该程序的请求1执行。等到该程序的请求1执行完毕后，公平GC排序器246将GC的执行恢复(如时间点TGC-resume所示)，直到GC执行结束为止(如时间点TGC-complete所示)。
也就是说，在本案实施例中，程序的GC额度代表该程序的GC等待时间。每等待一个时间单位，程序的GC额度便减少1(或减少1个固定值)，直到该程序的GC额度到达阈值为止(亦即，在此例中，程序的GC额度逐渐减少)。一旦当该程序的GC额度到达阈值，则公平GC排序器246会对GC额度到达阈值的该程序给予高优先执行顺序，且将目前正在执行GC暂停(即便目前正在执行GC尚未执行完毕)，这样一来，GC额度到达阈值的该程序就可以被允许存取存储器。
当然，在本案其他可能实施例中，也可以每等待一个时间单位，程序的GC额度便增加1(或增加1个固定值)，直到该程序的GC额度到达阈值为止(亦即，在此例中，程序的GC额度逐渐增加)。一旦当该程序的GC额度达到阈值，则公平GC排序器246会对GC额度到达阈值的该程序给予高优先执行顺序，且将目前正在执行GC暂停(即便目前正在执行GC尚未执行完毕)，这样一来，GC额度到达阈值的该程序就可以被允许存取存储器。
请参照图4，其显示根据本案一实施例的另一种操作示意图，横轴是时间轴，最左方代表T＝0。假设在时间点T1时，公平GC排序器246接收到2个请求(请求1与请求2)与GC执行请求，请求1与请求2分别对应到程序1与程序2，其中，在T1时，程序1的GC额度GC-Q1＝0(到达阈值)，而程序2的GC额度GC-Q2＝X(X不等于0)。
由于程序1的GC额度GC-Q1＝0，故而，公平GC排序器246让程序1的请求1优先执行。在时间T2时，程序1的请求1执行完毕，故而，接着换GC执行。
在时间T3时，GC已执行X个时间单位，而此时的程序2的GC额度GC-Q2已从X更新为0(GC-Q2＝0)。故而，在时间T3时，公平GC排序器246暂停GC的执行，并优先执行请求2。在时间T4时，请求2执行完毕，此时，公平GC排序器246恢复GC的执行，直到时间T5时，GC执行完毕。
也就是说，在本案实施例中，公平GC排序器246会定期检查各程序所对应的GC额度，如果有某一程序的GC额度到达阈值，则公平GC排序器246优先排定该程序可以存取存储器(亦即该程序的请求可以被执行)。如此一来，可以避免某一程序等待GC的时间太久进而影响性能。
现将说明公平GC排序器246如何更新与复位GC额度。如上所述，每当GC执行1个时间单位，则所有的程序的GC额度均被更新1次，直到到达阈值为止。
在本案一实施例中，设置一GC额度时期(GC quota epoch)，其有关于GC额度的复位。当GC额度时期结束时，所有程序的GC额度都会被复位(例如，复位为10)。至于如何决定GC额度时期的结束则有2个原则。第1个原则是，如果所有程序的GC额度都到达阈值，则可视为是GC额度时期的结束。第2个原则是，额外设定一预期时期(anticipation period)。在复位所有程序的所有GC额度之后，当有最早到达阈值的GC额度出现时，设定该预期时期(例如但不受限于，为20秒)，并开始计时。如果在其余的GC额度当中，有任一GC额度到达阈值，则复位该预期时期(亦即让预期时期重新回到初始值，例如20秒)；反之，则让该预期时期继续计时。如果该预期时期能计时直到结束，则将所有的GC额度复位。也就是，在某一个程序的GC额度到达阈值之后，如果在预期时期的计时时间内(亦即20秒)，都没有任何一个其他程序的GC额度到达阈值，则在预期时期结束后，将所有的GC额度复位。第2个原则是为了避免，如果有某一个(或某些)程序的GC额度一直没有到达阈值的话，代表在这段时间内，该(或这些)程序并未被GC执行而延误其存储器存取。所以，可以将所有的GC额度复位。
也就是说，在本案一实施例中，GC被触发时，当有任一程序的GC额度到达阈值时，公平GC排序器246对GC额度到达阈值的该(或这些)程序的请求优先执行。相反地，如果GC被触发时，所有程序的GC额度都没有到达阈值的话，公平GC排序器246将优先执行GC。
图5显示根据本案一实施例的存储器存储装置的操作方法。如图5所示，在步骤510中，控制器接收由主机所传来的第一程序的第一请求与第一程序辨别码。在步骤520中，控制器根据第一程序辨别码所对应的第一垃圾收集额度参数，以对第一请求与垃圾收集操作进行排序。
综上所述，在本案实施例中，通过设置GC额度，可以避免原本分配给程序的资源因为执行GC而浪费。如此，可以避免程序一直被GC的执行延误了程序对存储器的存取，所以，可以通过本案实施例来避免性能下降，又能兼顾到公平性。
综上所述，虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有公知常识的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更改与润饰。因此，本发明的保护范围当以申请专利范围所界定的权利要求为准。

Claims (10)

1.一种存储器存储装置的操作方法，该存储器存储装置耦接至执行多个程序的一主机，该存储器存储装置包括一存储器阵列以及一控制器，该操作方法包括：
由该控制器接收由该主机所传来的这些程序中的一第一程序的一第一请求与一第一程序辨别码；以及
该控制器根据该第一程序的该第一程序辨别码所对应的一第一垃圾收集额度参数，以对该第一请求与一垃圾收集操作进行排序，该第一垃圾收集额度参数代表该第一程序的一第一垃圾收集等待时间，
其中，当该第一程序辨别码所对应的该第一垃圾收集额度参数到达一阈值时，该第一请求的排序优于该垃圾收集操作；以及
当该第一程序辨别码所对应的该第一垃圾收集额度参数未到达该阈值时，该垃圾收集操作的排序优于该第一请求。
2.根据权利要求1所述的存储器存储装置的操作方法，其中，
如果在该垃圾收集操作执行期间，该第一程序的该第一请求到达该控制器，而该第一程序辨别码所对应的该第一垃圾收集额度参数尚未到达该阈值，该控制器让该垃圾收集操作继续执行且让该第一程序的该第一请求处于等待；
在该第一程序的该第一请求等待时，该控制器更新该第一垃圾收集额度参数；
如果该第一垃圾收集额度参数到达该阈值时，该垃圾收集操作尚未执行完毕，则该控制器暂停该垃圾收集操作并执行该第一程序的该第一请求；以及
当该第一程序的该第一请求执行完毕后，该控制器恢复执行该垃圾收集操作。
3.根据权利要求1所述的存储器存储装置的操作方法，其中，如果于一第一时间点，该控制器接收到这些程序的一第二程序的一第二请求、一第三程序的一第三请求与该垃圾收集操作，该第二程序的一第二程序辨别码所对应的一第二垃圾收集额度参数已到达该阈值，且该第三程序的一第三程序辨别码所对应的一第三垃圾收集额度参数尚未到达该阈值，则该控制器排序为：该第二请求、该垃圾收集操作与该第三请求。
4.根据权利要求1所述的存储器存储装置的操作方法，其中，
每当该垃圾收集操作执行一个时间单位，该控制器更新这些程序所对应的多个垃圾收集额度参数，直到到达该阈值为止；以及
如果这些程序中的一个程序的一垃圾收集额度参数已到达该阈值，则该控制器让这些程序的该程序的该垃圾收集额度参数继续保持为该阈值，直到这些程序的该程序的该垃圾收集额度参数被复位为止。
5.根据权利要求1所述的存储器存储装置的操作方法，其中，
该控制器设置一垃圾收集额度参数时期；
当该垃圾收集额度参数时期结束时，该控制器复位这些程序所对应的多个垃圾收集额度参数；
如果这些程序所对应的这些垃圾收集额度参数都到达该阈值，则该控制器让该垃圾收集额度参数时期结束且该控制器复位这些程序所对应的这些垃圾收集额度参数；
在该控制器复位这些程序所对应的这些垃圾收集额度参数之后，当这些垃圾收集额度参数之一最早到达该阈值时，该控制器设定一预期时期，并开始计时；
如果在其余的这些垃圾收集额度参数之中，有任一垃圾收集额度参数到达该阈值，则该控制器复位该预期时期，反之，则该控制器让该预期时期继续计时；以及
如果该预期时期计时直到结束，则该控制器将所有的这些垃圾收集额度参数复位。
6.一种存储器存储装置，耦接至一主机，该主机执行多个程序，该存储器存储装置包括：
一存储器阵列；以及
一控制器，耦接至该存储器阵列与该主机，该控制器接收由该主机所传来的这些程序中的一第一程序的一第一请求与一第一程序辨别码，该控制器根据该第一程序的该第一程序辨别码所对应的一第一垃圾收集额度参数，以对该第一请求与一垃圾收集操作进行排序，该第一垃圾收集额度参数代表该第一程序的一第一垃圾收集等待时间，
其中，当该第一程序辨别码所对应的该第一垃圾收集额度参数到达一阈值时，该第一请求的排序优于该垃圾收集操作；以及
当该第一程序辨别码所对应的该第一垃圾收集额度参数未到达该阈值时，该垃圾收集操作的排序优于该第一请求。
7.根据权利要求6所述的存储器存储装置，其中，
如果在该垃圾收集操作执行期间，该第一程序的该第一请求到达该控制器，而该第一程序辨别码所对应的该第一垃圾收集额度参数尚未到达该阈值，该垃圾收集操作继续执行且该第一程序的该第一请求处于等待；
在该第一程序的该第一请求等待时，该控制器更新该第一垃圾收集额度参数；
如果该第一垃圾收集额度参数到达该阈值时，该垃圾收集操作尚未执行完毕，则该控制器暂停该垃圾收集操作并执行该第一程序的该第一请求；以及
当该第一程序的该第一请求执行完毕后，该控制器恢复执行该垃圾收集操作。
8.根据权利要求6所述的存储器存储装置，其中，如果在一第一时间点，该控制器接收到这些程序的一第二程序的一第二请求、一第三程序的一第三请求与该垃圾收集操作，该第二程序的一第二程序辨别码所对应的一第二垃圾收集额度参数已到达该阈值，且该第三程序的一第三程序辨别码所对应的一第三垃圾收集额度参数尚未到达该阈值，则该控制器排序为：该第二请求、该垃圾收集操作与该第三请求。
9.根据权利要求6所述的存储器存储装置，其中，
每当该垃圾收集操作执行一个时间单位，该控制器更新这些程序所对应的多个垃圾收集额度参数，直到到达该阈值为止；以及
如果这些程序中的一个程序的一垃圾收集额度参数已到达该阈值，则这些程序的该程序的该垃圾收集额度参数继续保持为该阈值，直到这些程序的该程序的该垃圾收集额度参数被复位为止。
10.根据权利要求6所述的存储器存储装置，其中，
该控制器设置一垃圾收集额度参数时期；
当该垃圾收集额度参数时期结束时，该控制器复位这些程序所对应的多个垃圾收集额度参数；
如果这些程序所对应的这些垃圾收集额度参数都到达该阈值，则该垃圾收集额度参数时期结束且该控制器复位这些程序所对应的这些垃圾收集额度参数；
在该控制器复位这些程序所对应的这些垃圾收集额度参数之后，当这些垃圾收集额度参数之一最早到达该阈值时，该控制器更设定一预期时期，并开始计时；
如果在其余的这些垃圾收集额度参数之中，有任一垃圾收集额度参数到达该阈值，则该控制器复位该预期时期，反之，则该控制器让该预期时期继续计时；以及
如果该预期时期计时直到结束，则该控制器将所有的这些垃圾收集额度参数复位。
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