CN111026673A - 一种nand flash垃圾回收动态优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种NAND FLASH垃圾回收动态优化方法，综合考虑NAND FLASH物理块的有效数据量X、写入频度Y、磨损度Z等垃圾回收过程相关因素，根据实际使用需求定义这三种因素优先级顺序，按照第1优先级因素对NAND FLASH物理块进行聚类，对第1优先级聚类结果按照第2优先级因素进行聚类，对第2优先级聚类结果按照第3优先级因素进行聚类，最终得到最优回收块集合。本发明兼顾回收效率和磨损均衡，采用集合思想逐步缩小可选回收块范围，有效减少运算量，节省系统空间开销。

Description

一种NAND FLASH垃圾回收动态优化方法
技术领域
本发明属于大容量存储技术领域，涉及一种NAND FLASH垃圾回收动态优化方法。
背景技术
由于NAND FLASH具有不可覆盖写的特点，要更新某一页数据只能采用“异地更新”方式，即数据更新时需要将数据编程至空白页面(即擦除过的状态)，源数据随之失效而成为垃圾数据。经过一段时间的编程后垃圾数据会越来越多，可供使用的空间越来越少，需要对垃圾数据占用的空间进行回收(即擦除)，而NAND FLASH擦除以块为单位，垃圾数据所在块中一般仍存在有效数据，因而需要将有效数据先进行搬移，从而完成垃圾回收。
垃圾回收过程应尽量减少回收操作，减少数据搬移的代价，减少系统开销，其中回收垃圾块的选择是最重要环节。现有技术中使用的回收块选择方法可归纳为静态和动态两种策略。如图1所示，静态策略是指根据回收时刻包含有效数据的多少，优先回收有效数据少的块，减少搬移数据量。动态策略是指根据数据更新的频率，优先回收更新频率低的有效数据所在的块，减少数据搬移频率。在静态策略和动态策略中，需要记录存储块中有效数据的占用情况或记录数据更新的频次，并根据记录的相关信息进行比较计算从而得到最终决策。这个过程需要记录的数据量大，同时比对算法计算量大，空间和时间开销大。
专利“一种选择垃圾回收目标块的方法及固态硬盘”(201810209119.8)公开了一种选择垃圾回收目标块的方法及固态硬盘，其特征在于根据各个块block中无效页所占比例和擦写次数计算各个块的回收因数得分score，选择得分最少的block作为回收目标块。该方法中需记录每个块的无效页数量及擦写次数，占用较大的存储空间，同时需要计算最大擦写次数和最小擦写次数，系统开销大。
发明内容
本发明的目的是：
本发明是为了解决现有垃圾回收方法未兼顾回收效率和磨损均衡，且回收块选择算法复杂，系统开销大的问题。
本发明的技术方案是：
一种NAND FLASH垃圾回收动态优化方法，综合考虑NAND FLASH物理块垃圾回收过程相关因素，根据实际使用需求定义相关因素的优先级顺序，根据第1优先级因素对NANDFLASH物理块采用聚类的方法进行分类，对第1优先级聚类结果根据第2优先级因素采用聚类的方法进行分类，对第2优先级聚类结果根据第3优先级因素采用聚类的方法进行分类，以此类推，最终得到最优回收块集合。
垃圾回收优化目标为回收效率最大化(最少编程次数)及磨损均衡度最大化。
所述垃圾回收过程综合考虑回收块有效数据量X、写入频度Y和磨损度Z三个垃圾回收过程相关因素，并不限于这几种因素。
优化过程包括以下步骤：
a)对所有NAND FLASH物理块根据第1优先级因素采用聚类的方法进行分类，得到初次筛选块集合A；
b)对初次筛选块集合A根据第2优先级因素采用聚类的方法进行分类，得到二次筛选块集合B；
c)对二次筛选块集合B根据第3优先级因素采用聚类的方法进行分类，得到三次回收块集合C；
d)对三次回收块集合C根据第4优先级因素采用聚类的方法进行分类，以此类推，最终得到最优回收块集合。
所述聚类的方法是按如下步骤进行分类：
a)按照有效数据量X对NAND FLASH物理块进行聚类，将数据块分类为有效数据量少的块集合Xl和有效数据量多的块集合Xh，选择引发编程次数少的Xl做为回收块筛选集合；
b)按照有效数据量Y对NAND FLASH物理块进行聚类，将数据块分类为低频写入块Yl和高频写入块Yh，选择引发编程次数少的Yh做为回收块筛选集合；
c)按照有效数据量Z对NAND FLASH物理块进行聚类，将数据块分类为低磨损块Zl和高磨损块Zh，选择引发的磨损均衡度越高的Zl做为回收块筛选集合。
本发明具有的优点是：全面考虑NAND FLASH物理块的有效数据量、写入频度、磨损度等垃圾回收过程相关因素，兼顾回收效率和磨损均衡，采用集合思想将现有技术中复杂的数值计算问题转化为简单的离散聚类问题，逐步缩小可选回收块范围，有效减少运算量，节省系统空间开销。采用比较判断运算，使用数字电路实现简单、效率高。
附图说明
附图1为垃圾回收静态和动态策略示意图。
附图2为垃圾回收块动态优化流程。
附图3为筛选集合逐级求优示意图。
具体实施方式
一种NAND FLASH垃圾回收动态优化方法，综合考虑NAND FLASH物理块垃圾回收过程相关因素，根据实际使用需求定义相关因素的优先级顺序，根据第1优先级因素对NANDFLASH物理块采用聚类的方法进行分类，对第1优先级聚类结果根据第2优先级因素采用聚类的方法进行分类，对第2优先级聚类结果根据第3优先级因素采用聚类的方法进行分类，以此类推，最终得到最优回收块集合。
本实施例以MICRON公司MT29F64G08AJABA型NAND FLASH的垃圾回收过程进行说明，该芯片包含16384物理块，每块包含128页。选择垃圾回收过程相关因素为有效数据量、写入频度和磨损度，采用平均聚类分析方法对物理块进行分类，以优先级顺序为有效数据量X>写入频度Y>磨损度Z为例说明垃圾回收块选择优化过程，步骤如下：
a)对NAND FLASH所有物理块按照有效数据量X进行聚类，数据占用小的物理块归为集合Xl，数据占用大的物理块归为集合Xh，选择Xl做为初次筛选块集合A；
b)对初次筛选块集合A按照写入频度Y进行聚类，写入频度低的物理块归为Yl和写入频度高的物理块归为Yh，选择Yh做为二次筛选块集合B；
c)对二次筛选块集合B按照磨损度Z进行聚类，磨损频度低的物理块归为Zl和磨损频度高的的物理块归为Zh，选择Zl做为最终回收块集合C。

Claims (4)

1.一种NAND FLASH垃圾回收动态优化方法，其特征在于:综合考虑NAND FLASH物理块垃圾回收过程相关因素，根据实际使用需求定义相关因素的优先级顺序，根据第1优先级因素对NAND FLASH物理块采用聚类的方法进行分类，对第1优先级聚类结果根据第2优先级因素采用聚类的方法进行分类，对第2优先级聚类结果根据第3优先级因素采用聚类的方法进行分类，以此类推，最终得到最优回收块集合。
2.根据权利要求1的一种NAND FLASH垃圾回收动态优化方法，其特征在于：所述垃圾回收过程综合考虑回收块有效数据量X、写入频度Y和磨损度Z三个垃圾回收过程相关因素。
3.根据权利要求1的一种NAND FLASH垃圾回收动态优化方法，其特征在于优化方法包括以下步骤：
a)对所有NAND FLASH物理块根据第1优先级因素采用聚类的方法进行分类，得到初次筛选块集合A；
b)对初次筛选块集合A根据第2优先级因素采用聚类的方法进行分类，得到二次筛选块集合B；
c)对二次筛选块集合B根据第3优先级因素采用聚类的方法进行分类，得到三次回收块集合C；
d)对三次回收块集合C根据第4优先级因素采用聚类的方法进行分类，以此类推，最终得到最优回收块集合。
4.根据权利要求1的一种NAND FLASH垃圾回收动态优化方法，其特征在于所述聚类的方法是按如下步骤进行分类：
a)按照有效数据量X对NAND FLASH物理块进行聚类，将数据块分类为有效数据量少的块集合Xl和有效数据量多的块集合Xh，选择引发编程次数少的Xl做为回收块筛选集合；
b)按照有效数据量Y对NAND FLASH物理块进行聚类，将数据块分类为低频写入块Yl和高频写入块Yh，选择引发编程次数少的Yh做为回收块筛选集合；
c)按照有效数据量Z对NAND FLASH物理块进行聚类，将数据块分类为低磨损块Zl和高磨损块Zh，选择引发的磨损均衡度越高的Zl做为回收块筛选集合。
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