CN111651124A - Ssd映射表多核分区并行重建方法、装置、设备及介质 - Google Patents

Ssd映射表多核分区并行重建方法、装置、设备及介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了SSD映射表多核分区并行重建方法、装置、设备及介质，其中方法包括：初始化CPU和L2P表；将所有用户数据块按照数据的从旧到新依次进行排序；根据SSD中CPU的数量，将排序好的用户数据块进行分组；根据分组情况将用户数据块分配给对应的CPU；各个CPU并行扫描各自对应的组中的用户数据块的数据页，并按规则更新CPU辅助表。本发明提供的SSD映射表多核分区并行重建方法，通过将用户数据块的数据按照从旧到新进行排序，并且SSD中的每个CPU负责对各自对应的组中的用户数据块的数据页进行，实现并行重建映射表，从而可以减少运行时刻的映射表刷新代价，提升了性能一致性；同时基于并行重建的策略，可大大加速重建的效率。

Description

SSD映射表多核分区并行重建方法、装置、设备及介质
技术领域
本发明涉及固态硬盘，更具体地说是一种SSD映射表多核分区并行重建方法、装置、设备及介质。
背景技术
SSD(固态硬盘)已经被广泛应用于各种场合，目前在PC市场，已经逐步替代传统的HDD，从可靠性和性能方面为用户提供较好的体验。
SSD由于NAND的特性，导致在数据写入物理页后不能直接复写，而是需要把整个物理块(很多的物理页)擦除后才能重新写入(请参见图1)。由于该物理块内有其他有效数据的存在，简单地擦除是不可以的。由于这些问题的存在，需要引入逻辑到物理的映射表。由于映射表比较大，在运行时刻一般放在内存中，而在掉电后需要重建。由于重建时间比较长，所以需要在运行时刻周期性把内存中的映射表刷新到nand上，以便加速掉电后的重建过程。
图2为传统的SSD的映射表重建过程示意图，具体的重建方法是：第一步：从映射表区域加载周期性保存的映射表；第二步：将用户数据块按照写入的时间顺序(从旧到新)排序；第三步：截取最近一次映射表保存之后写入的用户数据块；第四步：扫描物理块中物理页，并更新内存中的映射表。由于映射表比较大，在运行时刻一般放在内存中，而在掉电后需要重建。
传统的这种方式所花费的重建时间比较长，所以需要在运行时刻周期性把内存中的映射表刷新到NAND上，以便加速掉电后的重建过程。但在一些企业级等应用场景下，对于命令的响应延迟有很强的约束，这种周期性的映射表刷新到NAND会导致性能波动。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供SSD映射表多核分区并行重建方法、装置、设备及介质。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，SSD映射表多核分区并行重建方法，所述方法包括：
将所有用户数据块按照数据的从旧到新依次进行排序；
根据SSD中CPU的数量，将排序好的用户数据块进行分组；
根据分组情况将用户数据块分配给对应的CPU；
各个CPU并行扫描各自对应的组中的用户数据块的数据页，并按规则更新CPU辅助表。
其进一步技术方案为：所述将所有用户数据块按照数据的从旧到新进行排序的步骤之前，还包括以下步骤：
初始化CPU和L2P表。
其进一步技术方案为：所述各个CPU并行扫描各自数据组中的数据，并按规则更新CPU辅助表的步骤，具体包括以下步骤：
获取映射表项；
查询获取到的映射表项所对应的CPU辅助表的值；
判断CPU辅助表的值是否大于对应CPU的ID值；
若否，则更新CPU辅助表的值以及L2P表的值；
若是，进入所述获取映射表项的步骤。
其进一步技术方案为：所述获取映射表项的步骤中，所述映射表项的内容包括逻辑单元，以及存储对应逻辑单元的物理地址。
其进一步技术方案为：所述更新CPU辅助表的值以及L2P表的值的步骤中，将CPU辅助表的值更新为对应的CPU的ID值，以及将L2P表的值更新为对应的物理地址的值。
第二方面，SSD映射表多核分区并行重建装置，包括排序单元、分组单元、分配单元以及扫描更新单元；
所述排序单元，将所有用户数据块按照数据的从旧到新依次进行排序；
所述分组单元，用于根据SSD中CPU的数量，将排序好的用户数据块进行分组；
所述分配单元，用于根据分组情况将用户数据块分配给对应的CPU；
所述扫描更新单元，用于各个CPU并行扫描各自对应的组中的用户数据块的数据页，并按规则更新CPU辅助表。
其进一步技术方案为：还包括初始化单元；
所述初始化单元，用于初始化CPU和L2P表。
其进一步技术方案为：所述扫描更新单元包括获取模块、查询模块、判断模块以及更新模块；
所述获取模块，用于获取映射表项；
所述查询模块，用于查询获取到的映射表项所对应的CPU辅助表的值；
所述判断模块，用于判断CPU辅助表的值是否大于对应CPU的ID值；
所述更新模块，用于更新CPU辅助表的值以及L2P表的值。
第三方面，一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述的SSD映射表多核分区并行重建方法步骤。
第四方面，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，所述程序指令被处理器执行时，使得所述处理器执行如上述的SSD映射表多核分区并行重建方法步骤。
本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明提供的SSD映射表多核分区并行重建方法，通过将用户数据块的数据按照从旧到新进行排序，并且SSD中的每个CPU负责对各自对应的组中的用户数据块的数据页进行，实现并行重建映射表，从而可以减少运行时刻的映射表刷新代价，提升了性能一致性；同时基于并行重建的策略，可大大加速重建的效率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征及优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下。
附图说明
图1为SSD物理块组成；
图2为传统的SSD的映射表重建过程；
图3为本发明SSD的映射表重建过程示意图；
图4为本发明在场景1下的扫描重建过程的示意图；
图5为本发明在场景2下的扫描重建过程的示意图；
图6为本发明SSD映射表多核分区并行重建方法具体实施例的流程图一；
图7为本发明SSD映射表多核分区并行重建方法具体实施例的流程图二；
图8为本发明SSD映射表多核分区并行重建装置具体实施例的结构示意图框图一；
图9为本发明SSD映射表多核分区并行重建装置具体实施例的结构示意图框图二；
图10为一种计算机设备的示意图框图。
具体实施方式
为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。
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。
本发明提出了一种SSD映射表多核分区并行重建方法，请参见图6、该方法包括以下步骤：
S10、初始化CPU和L2P表；
S20、将所有用户数据块按照数据的从旧到新依次进行排序；
S30、根据SSD中CPU的数量，将排序好的用户数据块进行分组；
S40、根据分组情况将用户数据块分配给对应的CPU；
S50、各个CPU并行扫描各自对应的组中的用户数据块的数据页，并按规则更新CPU辅助表。
请参考图3，本发明去除了系统数据区的映射表存储，并在运行时刻不再动态刷新映射表到NAND，引入cpu table辅助表(CPU辅助表)，用以在并行分区扫描过程中，区分跨越CPU后的数据新旧。在本发明中，排序后的数据分组按序分配给各个CPU:cpu id值越大，则对应的数据越新；相同cpu id,则参考分组内的数据块排序(同传统ssd映射表更新策略类似)。
进一步的，请参见图7，步骤S50具体包括以下步骤：
S501、获取映射表项，映射表项的内容包括逻辑单元(LPA_X)，以及存储对应逻辑单元的物理地址(PPA_X)；
S502、查询获取到的映射表项所对应的CPU辅助表的值(即cpu_table[LPA_X])；
S503、判断CPU辅助表的值是否大于对应CPU的ID值(即cpu id(x))，若是，则不更新并执行步骤S501，若否，则执行步骤S504；
S504、将CPU辅助表的值更新为对应的CPU的ID值，以及将L2P表的值更新为对应的物理地址的值(即：cpu_table[LPA_X]＝cpu id(x)；l2p_table[LPA_X]＝PPA_X)。
为了便于说明本发明的工作机理，以SSD有两个CPU进行说明，且对于单个LPA 0,按时间先后存在5份copy,最后一份(Blk_d_Page_3)中存储最新数据。请参见图4，图4为场景1下的映射表扫描重建过程：
T0(代表在T0时刻):CPU 1扫描到映射对(LPA0,Blk_a_Page_0)，因为此时cpu_table[0]为空(为空的原因是进行了初始化操作)，故更新对应的cpu_table[0]＝1(1代表对应的CPU的ID值，因为对应的是CPU1，所以cpu_table[0]＝1)；l2p_table[0]＝Blk_a_Page_0；
T1:CPU 1扫描到映射对(LPA0,Blk_a_Page_2)，因为此时cpu_table[0]等于1(因为在T0时cpu_table[0]更新为1的，所以此时cpu_table[0]等于1)，故更新对应的cpu_table[0]＝1；l2p_table[0]＝Blk_a_Page_2；
T2:CPU 2扫描到映射对(LPA0,Blk_c_Page_1)，因为此时cpu_table[0]等于1，故更新对应的cpu_table[0]＝2；l2p_table[0]＝Blk_c_Page_1；
T3:CPU 1扫描到映射对(LPA0,Blk_b_Page_3)，因为此时cpu_table[0]等于2，大于1，故不更新；
T4:CPU 2扫描到映射对(LPA0,Blk_d_Page_3)，因为此时cpu_table[0]等于2，故更新对应的cpu_table[0]＝2；l2p_table[0]＝Blk_d_Page_3。
由于各个CPU运行的状态不一致，所以第一个更新映射表的不一定是CPU 1，也有可能第一个更新映射表的是其它的CPU例如，请参见图5，图5为场景2下的扫描重建过程：
T0:CPU 2扫描到映射对(LPA0,Blk_c_Page_1)，因为此时cpu_table[0]为空(为空的原因是进行了初始化操作)，故更新对应的cpu_table[0]＝2(2代表对应的CPU的ID值，因为对应的是CPU2，所以cpu_table[0]＝2)；l2p_table[0]＝Blk_c_Page_1；
T1:CPU 1扫描到映射对(LPA0,Blk_a_Page_0)，因为此时cpu_table[0]等于2，大于1，故不更新；
T2:CPU 1扫描到映射对(LPA0,Blk_a_Page_2)，因为此时cpu_table[0]等于2，大于1，故不更新；
T3:CPU 1扫描到映射对(LPA0,Blk_b_Page_3)，因为此时cpu_table[0]等于2，大于1，故不更新；
T4:CPU 2扫描到映射对(LPA0,Blk_d_Page_3)，因为此时cpu_table[0]等于2，故更新对应的cpu_table[0]＝2；l2p_table[0]＝Blk_d_Page_3。
由上述的场景1和场景2可见，无论CPU之间更新的先后顺序如何，最终都可获得唯一的正确结果。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
对应于上述的SSD映射表多核分区并行重建装置方法，本发明还提供了一种SSD映射表多核分区并行重建装置。请参见图8，该装置包括初始化单元1、排序单元2、分组单元3、分配单元4以及扫描更新单元5；
初始化单元1，用于初始化CPU和L2P表；
排序单元2，将所有用户数据块按照数据的从旧到新依次进行排序；
分组单元3，用于根据SSD中CPU的数量，将排序好的用户数据块进行分组；
分配单元4，用于根据分组情况将用户数据块分配给对应的CPU；
扫描更新单元5，用于各个CPU并行扫描各自对应的组中的用户数据块的数据页，并按规则更新CPU辅助表。
进一步的，请参见图9，扫描更新单元5包括获取模块51、查询模块52、判断模块53以及更新模块54；
获取模块51，用于获取映射表项；
查询模块52，用于查询获取到的映射表项所对应的CPU辅助表的值；
判断模块53，用于判断CPU辅助表的值是否大于对应CPU的ID值；
更新模块54，用于更新CPU辅助表的值以及L2P表的值。
如图10所示，本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上述的SSD映射表多核分区并行重建方法步骤。
该计算机设备700可以是终端或服务器。该计算机设备700包括通过系统总线710连接的处理器720、存储器和网络接口750，其中，存储器可以包括非易失性存储介质730和内存储器740。
该非易失性存储介质730可存储操作系统731和计算机程序732。该计算机程序732被执行时，可使得处理器720执行任意一种SSD映射表多核分区并行重建方法。
该处理器720用于提供计算和控制能力，支撑整个计算机设备700的运行。
该内存储器740为非易失性存储介质730中的计算机程序732的运行提供环境，该计算机程序732被处理器720执行时，可使得处理器720执行任意一种SSD映射表多核分区并行重建方法。
该网络接口750用于进行网络通信，如发送分配的任务等。本领域技术人员可以理解，图10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700的限定，具体的计算机设备700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。其中，所述处理器720用于运行存储在存储器中的程序代码，以实现以下步骤：
将所有用户数据块按照数据的从旧到新依次进行排序；
根据SSD中CPU的数量，将排序好的用户数据块进行分组；
根据分组情况将用户数据块分配给对应的CPU；
各个CPU并行扫描各自对应的组中的用户数据块的数据页，并按规则更新CPU辅助表。
其进一步技术方案为：所述将所有用户数据块按照数据的从旧到新进行排序的步骤之前，还包括以下步骤：
初始化CPU和L2P表。
其进一步技术方案为：所述各个CPU并行扫描各自数据组中的数据，并按规则更新CPU辅助表的步骤，具体包括以下步骤：
获取映射表项；
查询获取到的映射表项所对应的CPU辅助表的值；
判断CPU辅助表的值是否大于对应CPU的ID值；
若否，则更新CPU辅助表的值以及L2P表的值；
若是，进入所述获取映射表项的步骤。
其进一步技术方案为：所述获取映射表项的步骤中，所述映射表项的内容包括逻辑单元，以及存储对应逻辑单元的物理地址。
其进一步技术方案为：所述更新CPU辅助表的值以及L2P表的值的步骤中，将CPU辅助表的值更新为对应的CPU的ID值，以及将L2P表的值更新为对应的物理地址的值。应当理解，在本申请实施例中，处理器720可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，该处理器720还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal 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。
本领域技术人员可以理解，图10中示出的计算机设备700结构并不构成对计算机设备700的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
所述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，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例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，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明中各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块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，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述装置中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
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、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。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，所述模块或单元的划分，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装置，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
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 (10)

1.SSD映射表多核分区并行重建方法，其特征在于，所述方法包括：
将所有用户数据块按照数据的从旧到新依次进行排序；
根据SSD中CPU的数量，将排序好的用户数据块进行分组；
根据分组情况将用户数据块分配给对应的CPU；
各个CPU并行扫描各自对应的组中的用户数据块的数据页，并按规则更新CPU辅助表。
2.根据权利要求1所述的SSD映射表多核分区并行重建方法，其特征在于，所述将所有用户数据块按照数据的从旧到新进行排序的步骤之前，还包括以下步骤：
初始化CPU和L2P表。
3.根据权利要求2所述的SSD映射表多核分区并行重建方法，其特征在于，所述各个CPU并行扫描各自数据组中的数据，并按规则更新CPU辅助表的步骤，具体包括以下步骤：
获取映射表项；
查询获取到的映射表项所对应的CPU辅助表的值；
判断CPU辅助表的值是否大于对应CPU的ID值；
若否，则更新CPU辅助表的值以及L2P表的值；
若是，进入所述获取映射表项的步骤。
4.根据权利要求3所述的SSD映射表多核分区并行重建方法，其特征在于，所述获取映射表项的步骤中，所述映射表项的内容包括逻辑单元，以及存储对应逻辑单元的物理地址。
5.根据权利要求4所述的SSD映射表多核分区并行重建方法，其特征在于，所述更新CPU辅助表的值以及L2P表的值的步骤中，将CPU辅助表的值更新为对应的CPU的ID值，以及将L2P表的值更新为对应的物理地址的值。
6.SSD映射表多核分区并行重建装置，其特征在于，包括排序单元、分组单元、分配单元以及扫描更新单元；
所述排序单元，将所有用户数据块按照数据的从旧到新依次进行排序；
所述分组单元，用于根据SSD中CPU的数量，将排序好的用户数据块进行分组；
所述分配单元，用于根据分组情况将用户数据块分配给对应的CPU；
所述扫描更新单元，用于各个CPU并行扫描各自对应的组中的用户数据块的数据页，并按规则更新CPU辅助表。
7.根据权利要求6所述的SSD映射表多核分区并行重建装置，其特征在于，还包括初始化单元；
所述初始化单元，用于初始化CPU和L2P表。
8.根据权利要求7所述的SSD映射表多核分区并行重建装置，其特征在于，所述扫描更新单元包括获取模块、查询模块、判断模块以及更新模块；
所述获取模块，用于获取映射表项；
所述查询模块，用于查询获取到的映射表项所对应的CPU辅助表的值；
所述判断模块，用于判断CPU辅助表的值是否大于对应CPU的ID值；
所述更新模块，用于更新CPU辅助表的值以及L2P表的值。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1～5中任意一项所述的SSD映射表多核分区并行重建方法步骤。
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，所述程序指令被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1～5任意一项所述的SSD映射表多核分区并行重建方法步骤。
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