CN113094294B - Ssd异常掉电处理方法、装置、计算机设备及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及SSD异常掉电处理方法、装置、计算机设备及存储介质，该方法，包括：扫描各个D I E中最后一个非空物理页，记为物理页A；计算物理页A所在的物理层结构，记为物理层X；读取物理层X中所有的物理页，并暂存于内存缓冲区中；对暂存于内存缓冲区中物理层X内物理页A后剩余的空白页进行填充；将物理层X内的有效数据依次写入物理层X+1的空白页中，并释放内存缓冲区。本发明通过识别NAND物理块的风险影响范围，只在同一物理块内进行少量的数据填充以及数据搬移，即可达到异常掉电不稳定数据备份的目的，从而解决了异常掉电对数据损坏的影响，同时，又不引入额外的擦除操作，保障了SSD的使用寿命。

Description

SSD异常掉电处理方法、装置、计算机设备及存储介质
技术领域
本发明涉及SSD异常掉电处理技术领域，尤其是指SSD异常掉电处理方法、装置、计算机设备及存储介质。
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。
在终端用户的使用场景中，不可避免地会遇到异常掉电的场景。由于NAND的存储原理，如果掉电时NAND正处于编程状态而没有结束，则其内容是不稳定的，所以在上电后，需要第一时间对相应的物理块进行处理，以避免数据丢失或者错误扩散；同时，主机对于SSD的上电响应时间是有要求的，如果处理编程不完整的物理块的时候过长，会导致丢盘，从而无法进入系统。
现有SSD在处理异常掉电时，为了避免数据损坏，在上电后需要把当前正在编程的物理块(称为风险物理块)全部搬移到新的物理块中，然后擦除风险物理块，此过程，需要搬移大量的数据，从而导致上电后识盘时间较长，容易超时，进一步地，对于风险物理块，由于其没有写满就擦除了一次，而每个物理块的擦除次数是有限的，对SSD的寿命有较大的影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供SSD异常掉电处理方法、装置、计算机设备及存储介质。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
SSD异常掉电处理方法，包括以下步骤：
扫描各个DIE中最后一个非空物理页，记为物理页A；
计算物理页A所在的物理层结构，记为物理层X；
读取物理层X中所有的物理页，并暂存于内存缓冲区中；
对暂存于内存缓冲区中物理层X内物理页A后剩余的空白页进行填充；
将物理层X内的有效数据依次写入物理层X+1的空白页中，并释放内存缓冲区；
其中，DIE：NAND独立并发模块，SSD内部由多个NAND DIE组成。
其进一步技术方案为：所述计算物理页A所在的物理层结构，记为物理层X步骤中，计算的方式为A/4,取整数部分，整数部分即为X。
其进一步技术方案为：所述对暂存于内存缓冲区中物理层X内物理页A后剩余的空白页进行填充步骤中，采用无效数据填充物理层X内物理页A后剩余的空白页。
其进一步技术方案为：所述将物理层X内的有效数据依次写入物理层X+1的空白页中，并释放内存缓冲区步骤之后，还包括：获取主机读写请求，从物理层X+1中第一个可用的空白页依次写入主机新数据。
SSD异常掉电处理装置，包括：扫描单元，计算单元，读取暂存单元，填充单元，及写入释放单元；
所述扫描单元，用于扫描各个DIE中最后一个非空物理页，记为物理页A；
所述计算单元，用于计算物理页A所在的物理层结构，记为物理层X；
所述读取暂存单元，用于读取物理层X中所有的物理页，并暂存于内存缓冲区中；
所述填充单元，用于对暂存于内存缓冲区中物理层X内物理页A后剩余的空白页进行填充；
所述写入释放单元，用于将物理层X内的有效数据依次写入物理层X+1的空白页中，并释放内存缓冲区。
其进一步技术方案为：所述计算单元中，计算的方式为A/4,取整数部分，整数部分即为X。
其进一步技术方案为：所述填充单元中，采用无效数据填充物理层X内物理页A后剩余的空白页。
其进一步技术方案为：还包括：获取写入单元，用于获取主机读写请求，从物理层X+1中第一个可用的空白页依次写入主机新数据。
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SSD异常掉电处理方法。
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SSD异常掉电处理方法。
本发明与现有技术相比的有益效果是：通过识别NAND物理块的风险影响范围，只在同一物理块内进行少量的数据填充以及数据搬移，即可达到异常掉电不稳定数据备份的目的，从而解决了异常掉电对数据损坏的影响，同时，又不引入额外的擦除操作，保障了SSD的使用寿命。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为SSD内部NAND结构的示意图；
图2为现有SSD的异常掉电处理示意图；
图3为本发明实施例提供的SSD异常掉电处理方法的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的SSD异常掉电处理方法的应用场景示意图一；
图5为本发明实施例提供的SSD异常掉电处理方法的应用场景示意图二；
图6为本发明实施例提供的SSD异常掉电处理装置的示意性框图；
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SSD内部NAND结构：
其中，DIE：NAND独立并发单元，一般SSD内部由多个NAND DIE组成；
Block:物理块，NAND内部独立擦除模块，一个DIE内由多个Block组成；
Layer:一种物理层结构，其内一般由数个有相关性的Page组成；
Page:物理页，NAND内部独立读写模块，每个物理页在对应的物理块(block)擦除后只能写入一次。
其中，为便于说明，在本发明中，以如下组织进行说明：SSD内部有4个DIE，1个物理块内有256个物理页，1个Layer内有4个物理页，1个物理块内有64个Layer。
其中，请参阅图2所示的现有SSD的异常掉电处理：
假设掉电时，DIE 1/2/3/4正在进行Block X,Page 6的编程；
重新上电后，对于编程时掉电的数据是不可靠的，而且其相邻的物理页也会存在风险；
然后重新分配一组新的物理块：Block Y；
将DIE 1/2/3/4Block X内部Page 0-6所有可正常读出的有效数据备份到BlockX；
完成备份后，擦除Block X；
响应主机读写请求，且将新的写入数据写入到Block Y；
Block X可以作为空白可用的块，作为后续的分配使用；
但是，在该场景中，Block X只写入到Page 6就被擦除，Page 7-255均没有写入，而每个物理块的可擦除次数是有限的，故而大大浪费了盘的寿命。进一步地，在该场景下，需要把Block X中所有写入过的物理页的有效数据搬移到新的Block Y中进行备份，如果掉电前正在写入的Page靠后(比如254)，则需要进行大量的数据搬移，极大地影响SSD的恢复时间，从而会导致主机访问SSD超时，不能正常加载操作系统。
请参阅图3至图5所示，本发明公开了一种SSD异常掉电处理方法，包括以下步骤：
S1，扫描各个DIE中最后一个非空物理页，记为物理页A；
S2，计算物理页A所在的物理层结构，记为物理层X；
其中，在S2步骤中，计算的方式为A/4,取整数部分，整数部分即为X。
S3，读取物理层X中所有的物理页，并暂存于内存缓冲区中；
S4，对暂存于内存缓冲区中物理层X内物理页A后剩余的空白页进行填充；
其中，在本实施例中，采用无效数据填充物理层X内物理页A后剩余的空白页。
S5，将物理层X内的有效数据依次写入物理层X+1的空白页中，并释放内存缓冲区；
其中，DIE：NAND独立并发模块，SSD内部由多个NAND DIE组成。
其中，在S5步骤之后，还包括：获取主机读写请求，从物理层X+1中第一个可用的空白页依次写入主机新数据。
其中，如图4至图5的应用场景，由于NAND结构的特殊性，被异常掉电中断的物理页编程，一般会对相同Layer内的数据产生影响；以DIE 0/1/2/3掉电前正在进行编程Page 6为例，其处于Layer 1,则重新上电后，Page 4/5/6的数据均是不可靠的，需要及时备份，进一步地，Page 7写入的数据也是不可靠的。
基于该特性，将掉电前正在编程的物理页所在的Layer(本例中为Layer 1)内剩余空白页(物理块擦除后尚未被写入的)用无效数据进行填充；
将掉电前正在编程的物理页所在的Layer内可正确读取的有效数据搬移到后续Layer内(Layer 2)对应的物理页；
完成对应的数据搬移后，则风险Layer内所有的有效数据均在新的Layer内有了备份；
然后响应主机读写请求，且后续的写请求继续写入到Block X Layer 2剩余空白Page中。
本发明中在SSD上电后，对于掉电前正在写入的物理块进行填充无效数据到安全边界，将掉电前写入的数据搬移到安全边界后的物理页进行备份，然后再响应主机的读写命令，可以极大地降低对异常掉电物理块的处理时间，同时又对异常掉电附近写入的数据及时进行备份，保障了数据安全，还不引入额外的擦除操作，保障了SSD的使用寿命。
请参阅图6所示，本发明还公开了一种SSD异常掉电处理装置，包括：扫描单元10，计算单元20，读取暂存单元30，填充单元40，及写入释放单元50；
所述扫描单元10，用于扫描各个DIE中最后一个非空物理页，记为物理页A；
所述计算单元20，用于计算物理页A所在的物理层结构，记为物理层X；
所述读取暂存单元30，用于读取物理层X中所有的物理页，并暂存于内存缓冲区中；
所述填充单元40，用于对暂存于内存缓冲区中物理层X内物理页A后剩余的空白页进行填充；
所述写入释放单元50，用于将物理层X内的有效数据依次写入物理层X+1的空白页中，并释放内存缓冲区。
其中，所述计算单元20中，计算的方式为A/4,取整数部分，整数部分即为X。
其中，所述填充单元40中，采用无效数据填充物理层X内物理页A后剩余的空白页。
其中，该装置还包括：获取写入单元60，用于获取主机读写请求，从物理层X+1中第一个可用的空白页依次写入主机新数据。
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SSD异常掉电处理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SSD异常掉电处理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SSD异常掉电处理方法。
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SSD异常掉电处理方法。
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SSD异常掉电处理方法。
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。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.SSD异常掉电处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
扫描各个DIE中最后一个非空物理页，记为物理页A；
计算物理页A所在的物理层结构，记为物理层X；
读取物理层X中所有的物理页，并暂存于内存缓冲区中；
对暂存于内存缓冲区中物理层X内物理页A后剩余的空白页进行填充；
将物理层X内的有效数据依次写入物理层X+1的空白页中，并释放内存缓冲区；
其中，DIE：NAND独立并发模块，SSD内部由多个NANDDIE组成；
其中，DIE 0/1/2/3掉电前正在进行编程Page 6，其处于Layer 1,则重新上电后，Page4/5/6的数据均是不可靠的，需及时备份，Page 7写入的数据也是不可靠的；将掉电前正在编程的物理页所在的Layer 1内剩余空白页用无效数据进行填充；将掉电前正在编程的物理页所在的Layer内可正确读取的有效数据搬移到后续Layer 2内对应的物理页；完成对应的数据搬移后，响应主机读写请求，且后续的写请求继续写入到Block X Layer 2剩余空白Page中。
2.根据权利要求1所述的SSD异常掉电处理方法，其特征在于，所述计算物理页A所在的物理层结构，记为物理层X步骤中，计算的方式为A/4,取整数部分，整数部分即为X。
3.根据权利要求1所述的SSD异常掉电处理方法，其特征在于，所述对暂存于内存缓冲区中物理层X内物理页A后剩余的空白页进行填充步骤中，采用无效数据填充物理层X内物理页A后剩余的空白页。
4.根据权利要求1所述的SSD异常掉电处理方法，其特征在于，所述将物理层X内的有效数据依次写入物理层X+1的空白页中，并释放内存缓冲区步骤之后，还包括：获取主机读写请求，从物理层X+1中第一个可用的空白页依次写入主机新数据。
5.SSD异常掉电处理装置，其特征在于，包括：扫描单元，计算单元，读取暂存单元，填充单元，及写入释放单元；
所述扫描单元，用于扫描各个DIE中最后一个非空物理页，记为物理页A；
所述计算单元，用于计算物理页A所在的物理层结构，记为物理层X；
所述读取暂存单元，用于读取物理层X中所有的物理页，并暂存于内存缓冲区中；
所述填充单元，用于对暂存于内存缓冲区中物理层X内物理页A后剩余的空白页进行填充；
所述写入释放单元，用于将物理层X内的有效数据依次写入物理层X+1的空白页中，并释放内存缓冲区；
其中，DIE 0/1/2/3掉电前正在进行编程Page 6，其处于Layer 1,则重新上电后，Page4/5/6的数据均是不可靠的，需及时备份，Page 7写入的数据也是不可靠的；将掉电前正在编程的物理页所在的Layer 1内剩余空白页用无效数据进行填充；将掉电前正在编程的物理页所在的Layer内可正确读取的有效数据搬移到后续Layer 2内对应的物理页；完成对应的数据搬移后，响应主机读写请求，且后续的写请求继续写入到Block X Layer 2剩余空白Page中。
6.根据权利要求5所述的SSD异常掉电处理装置，其特征在于，所述计算单元中，计算的方式为A/4,取整数部分，整数部分即为X。
7.根据权利要求5所述的SSD异常掉电处理装置，其特征在于，所述填充单元中，采用无效数据填充物理层X内物理页A后剩余的空白页。
8.根据权利要求5所述的SSD异常掉电处理装置，其特征在于，还包括：获取写入单元，用于获取主机读写请求，从物理层X+1中第一个可用的空白页依次写入主机新数据。
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SSD异常掉电处理方法。
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SSD异常掉电处理方法。
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