CN111597127A

CN111597127A - 混合slc缓存的方法、装置、计算机设备及存储介质

Info

Publication number: CN111597127A
Application number: CN202010423849.5A
Authority: CN
Inventors: 左建; 冯元元; 冷志源
Original assignee: Shenzhen Union Memory Information System Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Union Memory Information System Co Ltd
Priority date: 2020-05-19
Filing date: 2020-05-19
Publication date: 2020-08-28
Anticipated expiration: 2040-05-19
Also published as: CN111597127B

Abstract

本发明涉及混合SLC缓存的方法、装置、计算机设备及存储介质；其中，方法，包括：将SSD中的空闲块划分为两个区域，分别为增强区域和正常区域；接收主机端发出的数据；判断增强区域是否可使用；若可，通过第一个写入点，将主机端发出的数据写入至增强区域中；若不可，判断正常区域是否处于第一个写入点可使用状态；若是，通过第一个写入点，将主机端发出的数据写入至正常区域中；若否，通过第二个写入点，将主机端发出的数据写入至正常区域中。本发明使得SSD同时拥有静态SLC缓存和动态SLC缓存，动态SLC缓存保证了未满盘情况下缓存满足大文件快速写入，静态SLC缓存保证SSD不管是否满盘都有一块SLC缓存空间供写入。

Description

混合SLC缓存的方法、装置、计算机设备及存储介质

技术领域

本发明涉及固态硬盘存储技术领域，更具体地说是指混合SLC缓存的方法、装置、计算机设备及存储介质。

背景技术

随着TLC(triple level cell三层单元存储)颗粒的普及，越来越多的SSD厂家在固件设计时候，将部分TLC块用作SLC(single level cell单层单元存储)，用于系统数据的快速写入以及用户数据写入的缓存；现有的做法，一种是“静态SLC缓存”，即分配固定的块用作缓存，成本过高，无法提供太多的SLC空间供数据快速写入；另一种是“动态SLC缓存”，即所有块在分配时候动态决定是否作为Cache(高速缓存)块使用，无法满足大文件的快速写入。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供混合SLC缓存的方法、装置、计算机设备及存储介质。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

混合SLC缓存的方法，包括以下步骤：

将SSD中的空闲块划分为两个区域，分别为增强区域和正常区域；

接收主机端发出的数据；

判断增强区域是否可使用；

若可使用，则通过第一个写入点，将主机端发出的数据写入至增强区域中；

若不可使用，则判断正常区域是否处于第一个写入点可使用状态；

若是，则通过第一个写入点，将主机端发出的数据写入至正常区域中；

若否，则通过第二个写入点，将主机端发出的数据写入至正常区域中。

其进一步技术方案为：所述步骤“将SSD中的空闲块划分为两个区域，分别为增强区域和正常区域”中，对所有的空闲块进行索引号标记，并设定阈值，将索引号标记小于设定阈值的，划分至增强区域，将索引号标记大于等于设定阈值的，划分至正常区域。

其进一步技术方案为：所述增强区域的块用于作为SLC块使用，正常区域的块用于作为SLC块或TLC块使用。

其进一步技术方案为：所述步骤“若是，则通过第一个写入点，将主机端发出的数据写入至正常区域中”中，正常区域的块用于作为SLC块使用；所述步骤“若否，则通过第二个写入点，将主机端发出的数据写入至正常区域中”中，正常区域的块用于作为TLC块使用。

混合SLC缓存的装置，包括：划分单元，接收单元，第一判断单元，第一写入单元，第二判断单元，第二写入单元，及第三写入单元；

所述划分单元，用于将SSD中的空闲块划分为两个区域，分别为增强区域和正常区域；

所述接收单元，用于接收主机端发出的数据；

所述第一判断单元，用于判断增强区域是否可使用；

所述第一写入单元，用于通过第一个写入点，将主机端发出的数据写入至增强区域中；

所述第二判断单元，用于判断正常区域是否处于第一个写入点可使用状态；

所述第二写入单元，用于通过第一个写入点，将主机端发出的数据写入至正常区域中；

所述第三写入单元，用于通过第二个写入点，将主机端发出的数据写入至正常区域中。

其进一步技术方案为：所述划分单元中，对所有的空闲块进行索引号标记，并设定阈值，将索引号标记小于设定阈值的，划分至增强区域，将索引号标记大于等于设定阈值的，划分至正常区域。

其进一步技术方案为：所述第二写入单元中，正常区域的块用于作为SLC块使用；所述第三写入单元中，正常区域的块用于作为TLC块使用。

一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器及处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述所述的混合SLC缓存的方法。

一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时可实现如上述所述的混合SLC缓存的方法。

本发明与现有技术相比的有益效果是：通过对SSD中的空闲块划分为两个区域，接收主机端发出的数据，判断增强区域是否可使用；若可使用，则通过第一个写入点，将主机端发出的数据写入至增强区域中；若不可使用，则判断正常区域是否处于第一个写入点可使用状态；若是，则通过第一个写入点，将主机端发出的数据写入至正常区域中；若否，则通过第二个写入点，将主机端发出的数据写入至正常区域中；使得SSD同时拥有静态SLC缓存和动态SLC缓存，动态SLC缓存保证了未满盘情况下缓存满足大文件快速写入，静态SLC缓存保证SSD不管是否满盘都有一块SLC缓存空间供写入，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

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例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为现有静态SLC的应用示意图；

图2为现有写入点切换的应用示意图；

图3为本发明实施例提供的混合SLC缓存的方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的混合SLC缓存的方法的应用场景示意图一；

图5为本发明实施例提供的混合SLC缓存的方法的应用场景示意图二；

图6为本发明实施例提供的混合SLC缓存的装置的示意性框图；

图7为本发明实施例提供的计算机设备的示意性框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

请参阅图1到图7所示的具体实施例，其中，请参阅图1所示的静态SLC的块管理，空闲的“块”被分为两个“空间区域”：“Enhanced Zone(增强区域)”和“Normal Zone(正常区域)”；“块”属于哪一个空间区域是根据块的索引判断，认为索引号小于某个阈值的“块”属于“Enhanced Zone”，这个区域作为静态SLC缓存区域，而其余的“块”属于“Normal Zone”；系统有两个写入点“USC AP(第一写入点)”和“SYS AP(第二写入点)”，“USC AP”从“Enhanced Zone”中取出“块”供写入，这部分的“块”当做SLC缓存使用，而“SYS AP”从“Normal Zone”中取出“块”作为普通TLC块供写入。

其中，如图2所示的写入点切换，根据“Enhanced Zone”中块的个数设置两个阈值“Insufficient Th”和“Sufficient Th”，当系统处于“USC AP”的时候，若“Enhanced Zone”中已使用的“块”大于“Insufficient Th”时候切换“SYS AP”；当系统处于“SYS AP”时候，判断“Enhanced Zone”中已使用的“块”小于“Sufficient Th”时候切换“USC AP”；在静态SLC缓存中，数据会优先使用“Enhanced Zone”中的块，由于这些块作为SLC使用，保证了写入性能；当系统空闲时候将这些写入的数据会搬入TLC区域，即从“Normal Zone”新分配出“块”，以腾出“USC区域”供写的数据快速写入；当“Enhanced Zone”中已使用的“块”大于“Insufficient Th”时候切换“SYS AP”，这时候新的数据会写入到“Normal Zone”分配的“块”，这时候写入性能会下降很多；由于成本原因，不太可能提供太多的SLC空间供数据快速写入，这也是“静态SLC缓存”的弊端。

请参阅图3至图5所示，本发明公开了一种混合SLC缓存的方法，包括以下步骤：

S1，将SSD中的空闲块划分为两个区域，分别为增强区域和正常区域；

其中，在本实施例中，对所有的空闲块进行索引号标记，并设定阈值，将索引号标记小于设定阈值的，划分至增强区域，将索引号标记大于等于设定阈值的，划分至正常区域。

其中，增强区域的块用于作为SLC块使用，正常区域的块用于作为SLC块或TLC块使用。

S2，接收主机端发出的数据；

S3，判断增强区域是否可使用；

S4，若可使用，则通过第一个写入点，将主机端发出的数据写入至增强区域中；

S5，若不可使用，则判断正常区域是否处于第一个写入点可使用状态；

S6，若是，则通过第一个写入点，将主机端发出的数据写入至正常区域中；

其中，通过第一个写入点，将主机端发出的数据写入至正常区域中，正常区域的块用于作为SLC块使用，写入速度快。

S7，若否，则通过第二个写入点，将主机端发出的数据写入至正常区域中。

其中，通过第二个写入点，将主机端发出的数据写入至正常区域，正常区域的块用于作为TLC块使用，满足大文件写入。

其中，如图4所示，本发明提供的实施例，空闲的“块”被分为两个空间区域：“Enhanced Zone(增强区域)”和“Normal Zone(正常区域)”；“块”属于哪一个空间区域是根据块的索引号标记判断，认为索引号标记小于设定阈值RSVD_BLK_CNT的“块”属于“Enhanced Zone”，这个区域作为静态SLC缓存区域，这个区域的块被用作SLC块，而其余的“块”属于“Normal Zone”，这个区域分配的块可以作为SLC块使用，也可以作为TLC块使用；在本实施例中，假设空闲的“块”的数量为1000个，索引号标记为0-999，设定阈值RSVD_BLK_CNT为200，则索引号标记为0-199的块被划分到“Enhanced Zone(增强区域)”，索引号标记为200-999的块被划分到“Normal Zone(正常区域)”，在实际应用中，可以根据实际需要，进行不同的设定；而系统有两个写入点“USCAP(第一写入点)”和“SYS AP(第二写入点)”，“USCAP”首先从“Enhanced Zone”中取出“块”供数据写入，这部分的“块”用做SLC缓存，当“Enhanced Zone”中块不足时候，切换至“Normal Zone”取块，这时候取出的块作为SLC块使用，写入点仍然为“USC AP”；继续数据写入，当“N0rmal Zone”中块不足时候，切换写入点为“SYS AP”，这时候从“Normal Zone”中取出“块”作为普通TLC块供写入。

其中，如图5所示，本发明提供的实施例，系统中块区域以及写入点的切换条件如下：如图5左侧所示，“Enhanced Zone”分为可用和不可用状态，当正在使用“EnhancedZone”时，判断已使用“块”的数量大于“Insufficient Th1”时，切换至“Normal Zone”；当系统正在使用“N0rmal Zone”，判断“Enhanced Zone”中已使用“块”的数量小于“SufficientTh1”时，切换至“Enhanced Zone”；如图5右侧所示，“Normal Zone”分为USC AP(第一写入点)可用和不可用状态，当处于第一写入点可用状态，判断“Normal Zone”中已使用“块”的数量大于“Insufficient Th2”时，切换为第一写入点不可用状态，当“Normal Zone”处于第一写入点不可用状态，判断“Normal Zone”中已使用“块”的数量小于“Sufficient Th2”时，切换状态为第一写入点可用；其中，在本实施例中，Insufficient Th1和Insufficient Th2的值均假设为196，Sufficient Th1和Sufficient Th2的值均假设为180，在实际应用中，可以根据实际需要，进行不同的设定。

本发明通过对SSD中的空闲块划分为两个区域，接收主机端发出的数据，判断增强区域是否可使用；若可使用，则通过第一个写入点，将主机端发出的数据写入至增强区域中；若不可使用，则判断正常区域是否处于第一个写入点可使用状态；若是，则通过第一个写入点，将主机端发出的数据写入至正常区域中；若否，则通过第二个写入点，将主机端发出的数据写入至正常区域中；使得SSD同时拥有静态SLC缓存和动态SLC缓存，动态SLC缓存保证了未满盘情况下缓存满足大文件快速写入，静态SLC缓存保证SSD不管是否满盘都有一块SLC缓存空间供写入，使得静态SLC区域保证有一段快速写入区域供主机读写性能加速，动态SLC区域在盘容量足够情况下提供更多的动态SLC块供主机写入。

请参阅图6所示，本发明还公开了一种混合SLC缓存的装置，包括：划分单元10，接收单元20，第一判断单元30，第一写入单元40，第二判断单元50，第二写入单元60，及第三写入单元70；

所述划分单元10，用于将SSD中的空闲块划分为两个区域，分别为增强区域和正常区域；

所述接收单元20，用于接收主机端发出的数据；

所述第一判断单元30，用于判断增强区域是否可使用；

所述第一写入单元40，用于通过第一个写入点，将主机端发出的数据写入至增强区域中；

所述第二判断单元50，用于判断正常区域是否处于第一个写入点可使用状态；

所述第二写入单元60，用于通过第一个写入点，将主机端发出的数据写入至正常区域中；

所述第三写入单元70，用于通过第二个写入点，将主机端发出的数据写入至正常区域中。

其中，所述划分单元10中，对所有的空闲块进行索引号标记，并设定阈值，将索引号标记小于设定阈值的，划分至增强区域，将索引号标记大于等于设定阈值的，划分至正常区域。

其中，所述增强区域的块用于作为SLC块使用，正常区域的块用于作为SLC块或TLC块使用。

其中，所述第二写入单元60中，正常区域的块用于作为SLC块使用；所述第三写入单元70中，正常区域的块用于作为TLC块使用。

需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，上述混合SLC缓存的装置和各单元的具体实现过程，可以参考前述方法实施例中的相应描述，为了描述的方便和简洁，在此不再赘述。

上述混合SLC缓存的装置可以实现为一种计算机程序的形式，该计算机程序可以在如图7所示的计算机设备上运行。

请参阅图7，图7是本申请实施例提供的一种计算机设备的示意性框图；该计算机设备500可以是终端，也可以是服务器，其中，终端可以是智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式电脑、个人数字助理和穿戴式设备等具有通信功能的电子设备。服务器可以是独立的服务器，也可以是多个服务器组成的服务器集群。

参阅图7，该计算机设备500包括通过系统总线501连接的处理器502、存储器和网络接口505，其中，存储器可以包括非易失性存储介质503和内存储器504。

该非易失性存储介质503可存储操作系统5031和计算机程序5032。该计算机程序5032包括程序指令，该程序指令被执行时，可使得处理器502执行一种混合SLC缓存的方法。

该处理器502用于提供计算和控制能力，以支撑整个计算机设备500的运行。

该内存储器504为非易失性存储介质503中的计算机程序5032的运行提供环境，该计算机程序5032被处理器502执行时，可使得处理器502执行一种混合SLC缓存的方法。

该网络接口505用于与其它设备进行网络通信。本领域技术人员可以理解，图7中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备500的限定，具体的计算机设备500可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

应当理解，在本申请实施例中，处理器502可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，该处理器502还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。其中，通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

本领域普通技术人员可以理解的是实现上述实施例的方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。该计算机程序包括程序指令，计算机程序可存储于一存储介质中，该存储介质为计算机可读存储介质。该程序指令被该计算机系统中的至少一个处理器执行，以实现上述方法的实施例的流程步骤。

因此，本发明还提供一种存储介质。该存储介质可以为计算机可读存储介质。该存储介质存储有计算机程序，其中计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时可实现上述的混合SLC缓存的方法。

所述存储介质可以是U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的计算机可读存储介质。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的。例如，各个单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。本发明实施例装置中的单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。

该集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，终端，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。

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

1.混合SLC缓存的方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收主机端发出的数据；

判断增强区域是否可使用；

2.根据权利要求1所述的混合SLC缓存的方法，其特征在于，所述步骤“将SSD中的空闲块划分为两个区域，分别为增强区域和正常区域”中，对所有的空闲块进行索引号标记，并设定阈值，将索引号标记小于设定阈值的，划分至增强区域，将索引号标记大于等于设定阈值的，划分至正常区域。

3.根据权利要求2所述的混合SLC缓存的方法，其特征在于，所述增强区域的块用于作为SLC块使用，正常区域的块用于作为SLC块或TLC块使用。

4.根据权利要求3所述的混合SLC缓存的方法，其特征在于，所述步骤“若是，则通过第一个写入点，将主机端发出的数据写入至正常区域中”中，正常区域的块用于作为SLC块使用；所述步骤“若否，则通过第二个写入点，将主机端发出的数据写入至正常区域中”中，正常区域的块用于作为TLC块使用。

5.混合SLC缓存的装置，其特征在于，包括：划分单元，接收单元，第一判断单元，第一写入单元，第二判断单元，第二写入单元，及第三写入单元；

所述接收单元，用于接收主机端发出的数据；

所述第一判断单元，用于判断增强区域是否可使用；

6.根据权利要求5所述的混合SLC缓存的装置，其特征在于，所述划分单元中，对所有的空闲块进行索引号标记，并设定阈值，将索引号标记小于设定阈值的，划分至增强区域，将索引号标记大于等于设定阈值的，划分至正常区域。

7.根据权利要求6所述的混合SLC缓存的装置，其特征在于，所述增强区域的块用于作为SLC块使用，正常区域的块用于作为SLC块或TLC块使用。

8.根据权利要求7所述的混合SLC缓存的装置，其特征在于，所述第二写入单元中，正常区域的块用于作为SLC块使用；所述第三写入单元中，正常区域的块用于作为TLC块使用。

9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器及处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-4中任一项所述的混合SLC缓存的方法。

10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时可实现如权利要求1-4中任一项所述的混合SLC缓存的方法。