CN112527693A - 一种固态硬盘磨损均衡方法、系统、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固态硬盘磨损均衡方法，包括以下步骤：响应于触发磨损均衡，确定擦除次数最多的数据源zone以及从作为中转的物理zone中选择擦除次数最少的物理zone作为目的物理zone；比较所述数据源zone的容量和目的物理zone的容量的大小；响应于所述数据源zone的容量大于所述目的物理zone的容量，再次从作为中转的剩余的物理zone中选择擦除次数最少的物理zone作为第二目的物理zone；将所述数据源zone中的数据迁移到所述目的物理zone和所述第二目的物理zone中。本发明还公开了一种系统、计算机设备以及可读存储介质。本发明提出的方案能够保证物理zone替换时逻辑zone容量保持不变，同时保持Host对以往数据访问方式不变的效果，提高了该架构下SSD的易用性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及固态硬盘领域，具体涉及一种固态硬盘磨损均衡方法、系统、设备以及存储介质。
背景技术
在市场需求的趋势下，提出一种新型的SSD架构，称为zoned namespace SSD，该架构将SSD空间分成不同的zone进行管理，用户可以指定zone进行读写，数据写入时要求按照顺序写入，由此降低了SSD内部的写放大，进而解决了QLC、PLC等高密度介质持久性的问题。但该架构下一个巨大的问题是磨损均衡如何运作，在zone大小是不均等的前提下，无法保证SSD内部的磨损均衡。
发明内容
有鉴于此，为了克服上述问题的至少一个方面，本发明实施例提出一种固态硬盘磨损均衡方法，包括以下步骤：
响应于触发磨损均衡，确定擦除次数最多的数据源zone以及从作为中转的物理zone中选择擦除次数最少的物理zone作为目的物理zone；
比较所述数据源zone的容量和目的物理zone的容量的大小；
响应于所述数据源zone的容量大于所述目的物理zone的容量，再次从作为中转的剩余的物理zone中选择擦除次数最少的物理zone作为第二目的物理zone；
将所述数据源zone中的数据迁移到所述目的物理zone和所述第二目的物理zone中。
在一些实施例中，还包括：
响应于所述数据源zone的容量小于所述目的物理zone的容量，直接将所述数据源zone中的数据迁移到所述目的物理zone中。
在一些实施例中，还包括：
响应于所述数据源zone中的数据迁移完毕，将所述数据源zone对应的物理zone作为当前的中转的物理zone，并将所述目的物理zone和所述第二目的物理zone共同作为当前的数据源zone，或将所述目的物理zone作为当前的数据源zone。
在一些实施例中，还包括：
对固态硬盘进行初始化以得到多个物理zone和多个逻辑zone；
将所述多个物理zone中的若干个物理zone作为中转的物理zone，并将剩余的若干个所述物理zone分别作为数据源zone；
创建所述数据源zone与所述逻辑zone之间的映射表，以根据所述映射表进行数据存储。
在一些实施例中，还包括：
将所述映射表中的所述擦除次数最多的数据源zone与对应的逻辑zone之间的映射关系更新为所述当前数据源zone与所述对应的逻辑zone之间的映射关系。
在一些实施例中，响应于触发磨损均衡，确定擦除次数最多的数据源zone以及从作为中转的物理zone中选择擦除次数最少的物理zone作为目的物理zone，进一步包括：
确定所有的数据源zone中的最大擦除次数与作为中转的物理zone中的最小擦除次数；
判断所述最大擦除次数与所述最小擦除次数的差值是否达到阈值；
响应于达到阈值，触发磨损均衡。
在一些实施例中，确定所有的数据源zone中的最大擦除次数，进一步包括：
响应于存在将两个物理zone共同作为数据源zone，对所述两个物理zone分别对应的擦除次数进行加权计算得到所述数据源zone的擦除次数。
基于同一发明构思，根据本发明的另一个方面，本发明的实施例还提供了一种固态硬盘磨损均衡系统，包括：
确定模块，所述确定模块配置为响应于触发磨损均衡，确定擦除次数最多的数据源zone以及从作为中转的物理zone中选择擦除次数最少的物理zone作为目的物理zone；
比较模块，所述比较模块配置为比较所述数据源zone的容量和目的物理zone的容量的大小；
选择模块，所述选择模块配置为响应于所述数据源zone的容量大于所述目的物理zone的容量，再次从作为中转的剩余的物理zone中选择擦除次数最少的物理zone作为第二目的物理zone；
迁移模块，所述迁移模块配置为将所述数据源zone中的数据迁移到所述目的物理zone和所述第二目的物理zone中。
基于同一发明构思，根据本发明的另一个方面，本发明的实施例还提供了一种计算机设备，包括：
至少一个处理器；以及
存储器，所述存储器存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时执行如上所述的任一种固态硬盘磨损均衡方法的步骤。
基于同一发明构思，根据本发明的另一个方面，本发明的实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时执行如上所述的任一种固态硬盘磨损均衡方法的步骤。
本发明具有以下有益技术效果之一：本发明提出的方案能够保证物理zone替换时逻辑zone容量保持不变，同时保持Host对以往数据访问方式不变的效果，提高了该架构下SSD的易用性和可靠性。
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实施例。
图1为本发明的实施例提供的固态硬盘磨损均衡方法的流程示意图；
图2为本发明的实施例提供的固态硬盘磨损均衡方法的流程框图；
图3为本发明的实施例提供的固态硬盘磨损均衡系统的结构示意图；
图4为本发明的实施例提供的计算机设备的结构示意图；
图5为本发明的实施例提供的计算机可读存储介质的结构示意图。
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。
在本发明的实施例中zoned namespace SSD架构将SSD空间分成不同的zone进行管理，用户可以指定zone进行读写，数据写入时要求按照顺序写入，由此降低了SSD内部的写放大，进而解决了QLC、PLC等高密度介质持久性的问题。
根据本发明的一个方面，本发明的实施例提出一种固态硬盘磨损均衡方法，如图1所示，其可以包括步骤：
S1，响应于触发磨损均衡，确定擦除次数最多的数据源zone以及从作为中转的物理zone中选择擦除次数最少的物理zone作为目的物理zone；
S2，比较所述数据源zone的容量和目的物理zone的容量的大小；
S3，响应于所述数据源zone的容量大于所述目的物理zone的容量，再次从作为中转的剩余的物理zone中选择擦除次数最少的物理zone作为第二目的物理zone；
S4，将所述数据源zone中的数据迁移到所述目的物理zone和所述第二目的物理zone中。
本发明针对zoned namespace架构下的SSD，提出一种以物理zone替换方式实现的SSD磨损均衡方案，该方案保证了物理zone替换时逻辑zone容量保持不变，同时保持Host对以往数据访问方式不变的效果，提高了该架构下SSD的易用性和可靠性。
在一些实施例中，还包括：
响应于所述数据源zone的容量小于所述目的物理zone的容量，直接将所述数据源zone中的数据迁移到所述目的物理zone中。
具体的，如图2所示，当触发磨损均衡需要进行数据迁移时，则首先会确定出数据源zone和目的物理zone。接着比较数据源zone和目的zone的可用容量，当数据源zone的容量大于目的物理zone时，则需要再次选择出一个第二目的物理zone。然后依次将数据源zone中的数据搬移到两个目的物理zone中(一个物理zone至少有一半的容量是可用容量时才会继续使用，所以一个数据源zone最多需要两个目的zone即可全部完成搬移)，此情况发生时，通常搬移完成后，第二个目的zone是没有填满的，但是为了保持与逻辑zone的容量一致，此时也不再继续使用第二个目的物理zone的剩余容量。如果数据源zone的容量低于目的zone的容量，则直接进行数据搬移。
在一些实施例中，还包括：
响应于所述数据源zone中的数据迁移完毕，将所述数据源zone对应的物理zone作为当前的中转的物理zone，并将所述目的物理zone和所述第二目的物理zone共同作为当前的数据源zone，或将所述目的物理zone作为当前的数据源zone。
具体的，当将数据源zone中的数据全部迁移到目的物理zone后，数据源zone对应的物理zone则重新作为当前的中转的物理zone，将目的物理zone(目的物理zone和第二目的物理zone)作为当前的数据源zone。当经过时间推移再次触发磨损均衡时，已经作为目的物理zone的数据源zone即可也可以作为中转的物理zone，即可以将当前数据源zone中的数据迁移到其下。
在一些实施例中，还包括：
对固态硬盘进行初始化以得到多个物理zone和多个逻辑zone；
将所述多个物理zone中的若干个物理zone作为中转的物理zone，并将剩余的若干个所述物理zone分别作为数据源zone；
创建所述数据源zone与所述逻辑zone之间的映射表，以根据所述映射表进行数据存储。
具体的，SSD初始化时，即可根据其内部的固件得到多个物理zone和多个逻辑zone，受限于坏块影响物理zone的容量不同。多个物理zone中的若干个物理zone作为预留空间以作中转，剩余的物理zone分别作为数据源zone并与逻辑zone一一绑定。接着建立映射数据源zone与所述逻辑zone之间的映射表，以根据所述映射表进行数据存储，其中有映射关系的数据源zone与逻辑zone的容量是相同的，例如数据源zone对应的为物理zone1，物理zone1包括N个PBA(物理块地址)，则逻辑zone中也包括N个LBA(逻辑快地址)。
在一些实施例中，还包括：
将所述映射表中的所述擦除次数最多的数据源zone与对应的逻辑zone之间的映射关系更新为所述当前数据源zone与所述对应的逻辑zone之间的映射关系。
具体的，当触发磨损均衡并进行数据迁移后，需要修改映射表中的映射关系。需要说明的是，若将数据源zone中的数据迁移到两个目的物理zone中，则需要将两个目的zone作为一个整体与对应的逻辑zone进行绑定。即若数据迁移完后，当前数据源zone对应两个目的物理zone，则将对应的逻辑zone与两个目的物理zone绑定。若只对应一个目的物理zone，则将对应的逻辑zone与该目的物理zone绑定即可。
在一些实施例中，响应于触发磨损均衡，确定擦除次数最多的数据源zone以及从作为中转的物理zone中选择擦除次数最少的物理zone作为目的物理zone，进一步包括：
确定所有的数据源zone中的最大擦除次数与作为中转的物理zone中的最小擦除次数；
判断所述最大擦除次数与所述最小擦除次数的差值是否达到阈值；
响应于达到阈值，触发磨损均衡。
具体的，如图2所示，SSD正常运作过程中，需要记录物理zone擦除的次数，当SSD内部物理zone最大擦除次数与最小擦除次数达到特定阈值时触发SSD内部的磨损均衡。磨损均衡触发后，选择磨损次数最多的物理zone作为数据源zone(如果选中的数据源zone对应的逻辑zone有两个物理zone对应，则将两个物理zone共同作为数据源zone)，从空闲zone列表中选择磨损次数最小的zone作为目的zone。如果数据源zone容量高于目的zone的容量，则继续从空闲zone列表中，选择磨损次数次少的zone作为第二个目的zone。
在一些实施例中，确定所有的数据源zone中的最大擦除次数，进一步包括：
响应于存在将两个物理zone共同作为数据源zone，对所述两个物理zone分别对应的擦除次数进行加权计算得到所述数据源zone的擦除次数。
具体的，若数据源zone对应的逻辑zone有两个物理zone对应，则可以对两个物理zone分别对应的擦除次数进行加权计算以得到数据源zone的擦除次数。例如，将两个物理zone的擦除次数求平均值作为数据源zone的擦除次数。当然，则记录物理zone擦除的次数需要单独进行记录。
本发明提出的方案针对zoned namespace架构的SSD，其由于Host以zone为维度进行用户数据管理，当SSD内部自主发起磨损均衡后，受限于物理zone的大小不同，为了保证逻辑zone大小不变，可能出现一个逻辑zone对应的物理zone需要用两个物理zone进行替换的情况，在此情况发生时需要同步更新逻辑zone与物理zone的映射表，由此保证Host仍然可按照逻辑zone访问之前写入的数据。当磨损均衡选中的逻辑zone对应两个物理zone时，需要以两个物理zone为整体寻找替代zone并进行数据搬移，以此完成磨损均衡。该方案保证了物理zone替换时逻辑zone容量保持不变，同时保持Host对以往数据访问方式不变的效果，提高了该架构下SSD的易用性和可靠性。
基于同一发明构思，根据本发明的另一个方面，本发明的实施例还提供了一种固态硬盘磨损均衡系统400，如图3所示，包括：
确定模块401，所述确定模块401配置为响应于触发磨损均衡，确定擦除次数最多的数据源zone以及从作为中转的物理zone中选择擦除次数最少的物理zone作为目的物理zone；
比较模块402，所述比较模块402配置为比较所述数据源zone的容量和目的物理zone的容量的大小；
选择模块403，所述选择模块403配置为响应于所述数据源zone的容量大于所述目的物理zone的容量，再次从作为中转的剩余的物理zone中选择擦除次数最少的物理zone作为第二目的物理zone；
迁移模块404，所述迁移模块404配置为将所述数据源zone中的数据迁移到所述目的物理zone和所述第二目的物理zone中。
基于同一发明构思，根据本发明的另一个方面，如图4所示，本发明的实施例还提供了一种计算机设备501，包括：
至少一个处理器520；以及
存储器510，存储器510存储有可在处理器上运行的计算机程序511，处理器520执行程序时执行如上的任一种固态硬盘磨损均衡方法的步骤。
基于同一发明构思，根据本发明的另一个方面，如图5所示，本发明的实施例还提供了一种计算机可读存储介质601，计算机可读存储介质601存储有计算机程序指令610，计算机程序指令610被处理器执行时执行如上的任一种固态硬盘磨损均衡方法的步骤。
最后需要说明的是，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，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。
此外，应该明白的是，本文的计算机可读存储介质(例如，存储器)可以是易失性存储器或非易失性存储器，或者可以包括易失性存储器和非易失性存储器两者。
本领域技术人员还将明白的是，结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，已经就各种示意性组件、方块、模块、电路和步骤的功能对其进行了一般性的描述。这种功能是被实现为软件还是被实现为硬件取决于具体应用以及施加给整个系统的设计约束。本领域技术人员可以针对每种具体应用以各种方式来实现的功能，但是这种实现决定不应被解释为导致脱离本发明实施例公开的范围。
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，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)
1.一种固态硬盘磨损均衡方法，其特征在于，包括以下步骤：
响应于触发磨损均衡，确定擦除次数最多的数据源zone以及从作为中转的物理zone中选择擦除次数最少的物理zone作为目的物理zone；
比较所述数据源zone的容量和目的物理zone的容量的大小；
响应于所述数据源zone的容量大于所述目的物理zone的容量，再次从作为中转的剩余的物理zone中选择擦除次数最少的物理zone作为第二目的物理zone；
将所述数据源zone中的数据迁移到所述目的物理zone和所述第二目的物理zone中。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
响应于所述数据源zone的容量小于所述目的物理zone的容量，直接将所述数据源zone中的数据迁移到所述目的物理zone中。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
响应于所述数据源zone中的数据迁移完毕，将所述数据源zone对应的物理zone作为当前的中转的物理zone，并将所述目的物理zone和所述第二目的物理zone共同作为当前的数据源zone，或将所述目的物理zone作为当前的数据源zone。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：
对固态硬盘进行初始化以得到多个物理zone和多个逻辑zone；
将所述多个物理zone中的若干个物理zone作为中转的物理zone，并将剩余的若干个所述物理zone分别作为数据源zone；
创建所述数据源zone与所述逻辑zone之间的映射表，以根据所述映射表进行数据存储。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
将所述映射表中的所述擦除次数最多的数据源zone与对应的逻辑zone之间的映射关系更新为所述当前数据源zone与所述对应的逻辑zone之间的映射关系。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，响应于触发磨损均衡，确定擦除次数最多的数据源zone以及从作为中转的物理zone中选择擦除次数最少的物理zone作为目的物理zone，进一步包括：
确定所有的数据源zone中的最大擦除次数与作为中转的物理zone中的最小擦除次数；
判断所述最大擦除次数与所述最小擦除次数的差值是否达到阈值；
响应于达到阈值，触发磨损均衡。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，确定所有的数据源zone中的最大擦除次数，进一步包括：
响应于存在将两个物理zone共同作为数据源zone，对所述两个物理zone分别对应的擦除次数进行加权计算得到所述数据源zone的擦除次数。
8.一种固态硬盘磨损均衡系统，其特征在于，包括：
确定模块，所述确定模块配置为响应于触发磨损均衡，确定擦除次数最多的数据源zone以及从作为中转的物理zone中选择擦除次数最少的物理zone作为目的物理zone；
比较模块，所述比较模块配置为比较所述数据源zone的容量和目的物理zone的容量的大小；
选择模块，所述选择模块配置为响应于所述数据源zone的容量大于所述目的物理zone的容量，再次从作为中转的剩余的物理zone中选择擦除次数最少的物理zone作为第二目的物理zone；
迁移模块，所述迁移模块配置为将所述数据源zone中的数据迁移到所述目的物理zone和所述第二目的物理zone中。
9.一种计算机设备，包括：
至少一个处理器；以及
存储器，所述存储器存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时执行如权利要求1-7任意一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时执行如权利要求1-7任意一项所述的方法的步骤。
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