CN114003176A - 数据写入方法、装置及硬盘设备 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了数据写入方法、装置及硬盘设备，应用于数据存储技术领域。该方法应用于硬盘设备，该方法包括：监测电容器的工作状态；在监测到电容器的工作状态发生异常的情况下，如果缓存器中存在第一数据，则将第一数据实时写入闪存；其中，第一数据是指未向主机发送关于该数据的第一写入反馈指令的待写入数据，第一写入反馈指令用于通知主机第一数据已写入闪存；在监测到第一数据完全写入闪存的情况下，向主机发送第一写入反馈指令。通过本方案，可以降低硬盘设备发生数据写入异常的风险，确保硬盘设备中存入数据的完整性。

Description

数据写入方法、装置及硬盘设备
技术领域
本发明涉及数据存储技术领域，特别是涉及数据写入方法、装置及硬盘设备。
背景技术
为了避免硬盘设备异常掉电导致的数据写入异常，硬盘设备中通常设置有电容器，从而在硬盘设备异常掉电时，可以通过电容器为硬盘设备的缓存器提供额外的电源，以支撑将缓存器内的缓存数据写入至硬盘设备的闪存中，从而可以避免由缓存器内的数据丢失造成的数据写入异常。
然而由于电容器在使用过程中容易出现放电失效、电容量降低等异常，使得电容器可能无法为缓存器提供充足的电量，导致硬盘设备存在发生数据写入异常的风险，无法保证硬盘设备中存入数据的完整性。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种数据写入方法、装置及硬盘设备，以至少用于降低硬盘设备发生数据写入异常的风险，确保硬盘设备中存入数据的完整性。具体技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供一种数据写入方法，应用于硬盘设备，所述硬盘设备包括：电容器、缓存器和闪存，所述方法包括：
监测所述电容器的工作状态；
在监测到所述电容器的工作状态发生异常的情况下，如果所述缓存器中存在第一数据，则将所述第一数据实时写入所述闪存；其中，所述第一数据是指未向主机发送关于该数据的第一写入反馈指令的待写入数据，所述第一写入反馈指令用于通知所述主机所述第一数据已写入所述闪存；
在监测到所述第一数据完全写入所述闪存的情况下，向所述主机发送所述第一写入反馈指令。
第二方面，本发明实施例提供一种数据写入装置，配置于硬盘设备，所述硬盘设备包括：电容器、缓存器和闪存，所述装置包括：
状态检测模块，用于监测所述电容器的工作状态；
第一数据写入模块，用于在监测到所述电容器的工作状态发生异常的情况下，如果所述缓存器中存在第一数据，则将所述第一数据实时写入所述闪存；其中，所述第一数据是指未向主机发送关于该数据的第一写入反馈指令的待写入数据，所述第一写入反馈指令用于通知所述主机所述第一数据已写入所述闪存；
第一指令发送模块，用于在监测到所述第一数据完全写入所述闪存的情况下，向所述主机发送所述第一写入反馈指令。
第三方面，本发明实施例提供一种硬盘设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现第一方面任一项所述的方法步骤。
第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面任一项所述的方法步骤。
本发明实施例有益效果：
本发明实施例所提供的数据写入方法，可以在监测到电容器的工作状态发生异常的情况下，如果缓存器中存在第一数据，则将第一数据实时写入闪存，其中，第一数据是指未向主机发送关于该数据的第一写入反馈指令的待写入数据，并在监测到第一数据完全写入闪存的情况下，向主机发送第一写入反馈指令。由于缓存中的第一数据未向主机发送关于该数据的第一写入反馈指令，而是在监测到第一数据完全写入闪存的情况下，才向主机发送第一写入反馈指令，其意味着，当第一数据由于异常掉电等原因造成写入失败时，不会向主机发送写入反馈指令，从而可以避免主机已接收到写入反馈指令，但数据实际未能写入闪存这一异常情况的出现，进而可以确保硬盘设备中存入数据的完整性。可见，通过本方案，可以降低硬盘设备发生数据写入异常的风险，并确保硬盘设备中存入数据的完整性。
当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
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为一种硬盘设备常规数据写入的流程示意图；
图2为本发明实施例所提供的数据写入方法的流程图；
图3a为本发明实施例所提供的第一种缓存器中缓存方式的示意图；
图3b为本发明实施例所提供的第二种缓存器中缓存方式的示意图；
图4为本发明实施例所提供的一种硬盘设备数据写入的流程示意图；
图5为本发明实施例所提供的数据写入装置的结构示意图；
图6为本发明实施例所提供的硬盘设备的结构示意图。
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，所描述的实施例仅仅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。
本发明实施例中的硬盘设备是指具有数据存储能力的存储设备，例如可以为固态硬盘(Solid State Drive，SSD)等各类硬盘，本发明实施例中硬盘设备包括电容器、缓存器以及闪存等部件。
上述电容器作为缓存器的备用电源，当硬盘设备异常掉电时，电容器可以为缓存器提供额外的电源，以支撑将缓存器内的缓存数据写入至闪存中。一种示例中，硬盘设备中的电容器可以为电解电容，如一种长为10mm，宽为35mm、最大电容量为1000uF的电解电容。
上述缓存器可以为硬盘设备中的内存，用于暂时性地存储数据，可以为DDR SDRAM(Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory，双倍速率同步动态随机存储器)、SRAM(Static Random-Access Memory，静态随机存取存储器)等存储器。其中，DDR SDRAM也可以简称为DDR、动态随机存储器等，DDR SDRAM相较于SRAM，存储空间更大，但读写速度更低。
上述闪存(Flash Memory)可以是一种在断电时也不会丢失所存储数据的半导体存储芯片，也称为非易失性存储介质。上述缓存器只能暂时性地存储数据，在断电后将丢失其所存储的数据，而闪存在一定程度上可以理解为永久性的存储数据，在断电后也不会丢失其所存储的数据。
硬盘设备的数据写入的过程，实际为将数据写入至硬盘设备中闪存的过程。对于硬盘设备而言，数据的完整性是不可或缺的特性之一，对于异常掉电的场景也不例外，一个符合要求的硬盘设备需要保证在异常掉电时，缓存中的所有数据可以利用电容的剩余电量完整地写入闪存。
相关技术中，硬盘设备通常采用先响应后写入的写入策略，即在将数据完全写入缓存器时，即向主机发送写入反馈指令，而不需要等到将数据完全写入至闪存。
示例性的，如图1所示，为一种硬盘设备常规数据写入的流程示意图。图1中，包括主机、FW(FirmWare，固件)和闪存，其中FW为运行在硬盘设备中的程序。
其中，主机可以通过Nvme(Non-Volatile Memory express，非易失性内存协议)和Sata(Serial Advanced Technology Attachment，串行高级技术附件)等通信协议与硬盘设备进行通信。
具体的，当硬盘设备接收到主机发送的命令后，将相应的数据存入缓存器，待数据缓存完毕后向主机发送写入反馈指令，通知主机数据已完成存储。之后，硬盘设备才将缓存中的数据写入闪存，至此，数据才真正存储完成。其中，上述主机发送的命令可以为数据写入请求。
由于硬盘设备为了保证性能，通常采用先响应后写入的策略，都是在数据缓存完毕后就通知主机数据存储完成，而不需等到数据写入闪存才通知主机。而然，由于目前市场上电容存在一定的故障率，如果电容产生故障或者电容的电量随着使用逐渐消耗，可能无法支撑将原有设计的缓存大小数据，在异常掉电时完整写入闪存，同时对新存储进缓存器中的数据也没有办法进行保护，使得在异常掉电的场景下会是比较大的隐患。
为了降低硬盘设备发生数据写入异常的风险，并确保硬盘设备中存入数据的完整性，本发明实施例提供了一种数据写入方法。
需要说明的是，本发明实施例提供的数据写入方法可以应用于硬盘设备，该硬盘设备包括：电容器、缓存器和闪存。并且，本发明实施例提供的数据写入方法可以通过软件、硬件或软硬件结合的方式实现。
其中，本发明实施例提供的数据写入方法，可以包括：
监测电容器的工作状态；
在监测到电容器的工作状态发生异常的情况下，如果缓存器中存在第一数据，则将第一数据实时写入闪存；其中，第一数据是指未向主机发送关于该数据的第一写入反馈指令的待写入数据，第一写入反馈指令用于通知主机第一数据已写入闪存；
在监测到第一数据完全写入闪存的情况下，向主机发送第一写入反馈指令。
本发明实施例提供的上述方案，由于缓存中的第一数据未向主机发送关于该数据的第一写入反馈指令，而是在监测到第一数据完全写入闪存的情况下，才向主机发送第一写入反馈指令，其意味着，当第一数据由于异常掉电等原因造成写入失败时，不会向主机发送写入反馈指令，从而可以避免主机已接收到写入反馈指令，但数据实际未能写入闪存这一异常情况的出现，进而可以确保硬盘设备中存入数据的完整性。可见，通过本方案，可以降低硬盘设备发生数据写入异常的风险，并确保硬盘设备中存入数据的完整性。
下面结合附图对本发明实施例所提供的一种数据写入方法进行介绍。
如图2所示，本发明实施例提供的一种数据写入方法，应用于硬盘设备，该硬盘设备包括：电容器、缓存器和闪存，可以包括如下步骤：
S201，监测电容器的工作状态；
硬盘设备中，电容器处于正常工作状态时，电容器能够支撑将缓存器内的缓存数据完全写入闪存，而当电容器无法支撑将缓存器内的缓存数据完全写入闪存时，则表明电容器的工作状态发生异常。
当电容器的工作状态发生异常时，使得硬盘设备存在数据写入异常风险，无法保证硬盘设备中存入数据的完整性，因此，为了能够降低硬盘设备发生数据写入异常的风险，确保硬盘设备中存入数据的完整性，可以对电容器的工作状态进行监测。
电容器若能够支撑将缓存器内的缓存数据写入闪存，则意味着，在硬盘设备异常掉电后，电容器能够提供缓存器所需的电量，其中，缓存器所需的电量为将缓存器内的缓存数据完全写入闪存所需的电量。
由于电容器所能提供的电量，以及缓存器所需的电量不容易通过测量得到，且对于电容器而言，其所能提供的电量与电容器的电压成正比，电容器的电压越高，则电容器所能提供的电量越大。而对于缓存器而言，缓存器内缓存数据越多，则缓存器所需的电量越大。电容器的电压，以及缓存器的缓存容量则较为容易测量，因此可以通过电容器的电压，以及缓存器的缓存容量，监测电容器的工作状态。该具体实现方式将在后续实施例详细介绍，在此暂不赘述。缓存器的缓存容量可以是指缓存器中最多可以缓存的数据总量，也可以是指确定出电容器的工作状态的时刻，缓存器中所存储的累计数据量。
S202，在监测到电容器的工作状态发生异常的情况下，如果缓存器中存在第一数据，则将第一数据实时写入闪存；
其中，第一数据是指未向主机发送关于该数据的第一写入反馈指令的待写入数据，该第一写入反馈指令用于通知主机第一数据已写入闪存。
由于缓存器中第一数据为未向主机发送关于该数据的第一写入反馈指令的待写入数据，其意味着，第一数据在存入缓存器之后，并没有向主机反馈第一写入反馈指令。可选的，第一数据可以为在监测到电容器的工作状态发生异常的情况下，响应主机的写请求而缓存至缓存器的数据。
当监测到电容器的工作状态发生异常，则说明电容器可能无法支撑将缓存器内的缓存数据完全写入闪存，此时对于新存入缓存器的待写入数据，在将其写入缓存器之后，并不向主机发送关于该待写入数据的写入反馈指令，确保主机侧关于该待写入数据的状态与该待写入数据的实际写入状态相符，不会出现主机侧认为该待写入数据已完成写入闪存，而实际未写入闪存的情况。第一数据被缓存至缓存器之后，并不需要进行等待，而是会被实时地写入闪存，数据越早地写入闪存，被丢失的风险即越小。
S203，在监测到第一数据完全写入闪存的情况下，向主机发送第一写入反馈指令。
本步骤中，为避免主机已接收到针对写入请求的写入反馈指令，但第一数据实际未能写入闪存这一异常情况的出现，可以在将第一数据完全写入至闪存之后，才向主机第一写入反馈指令，以通知主机第一数据已写入闪存。上述写入反馈指令可以为任意类型的通知消息，例如写完成消息。
本发明提供的上述方案，由于缓存中的第一数据未向主机发送关于该数据的第一写入反馈指令，而是在监测到第一数据完全写入闪存的情况下，才向主机发送第一写入反馈指令，其意味着，当第一数据由于异常掉电等原因造成写入失败时，不会向主机发送写入反馈指令，从而可以避免主机已接收到写入反馈指令，但数据实际未能写入闪存这一异常情况的出现，进而可以确保硬盘设备中存入数据的完整性。可见，通过本方案，可以降低硬盘设备发生数据写入异常的风险，并确保硬盘设备中存入数据的完整性。
可选的，在一实施例中，当监测到电容器的工作状态恢复正常，则说明电容器能够支撑将缓存器内的缓存数据写入闪存，此时，为了提高硬盘设备的读写性能，可以采用以下两种方式中的至少一种将数据写入闪存，包括：
方式一，在监测到电容器的工作状态恢复正常，且监测到第二数据写入缓存器的情况下，则可以向主机发送关于第二数据的第二写入反馈指令；其中，第二写入反馈指令用于预先通知主机第二数据已写入闪存；
当监测到电容器的工作状态恢复正常，则说明电容器能够支撑将缓存器内的缓存数据写入闪存，此时，为了提高硬盘设备的读写性能，可以在监测到第二数据写入缓存器的情况下，即可以向主机发送关于第二数据的第二写入反馈指令，而不再需要等到将第二数据完全写入闪存之后，才向主机发送第二写入反馈指令。
方式二，在监测到电容器的工作状态恢复正常，且缓存器中累计的数据量满足预设数据量阈值的情况下，则触发写操作，以将缓存器中累计的数据写入闪存。应当理解，上述方式一和方式二对应的方案，可以一并用于第二数据写入闪存的过程中。
其中，预设数据量阈值可以根据实际需求确定，为了避免缓存器频繁向闪存中写入数据，可以在缓存器中累计的数据量满足预设数据量阈值的情况下，才触发写操作，进而将缓存器中累计的数据写入闪存。
可选的，在一种实现方式中，上述预设数据量阈值可以为缓存器中条带的数据量，示例性的，如图3a所示，为本发明实施例提供的第一种缓存器中缓存方式的示意图。
图3a中Page 0、Page 1和Page 3为缓存器中的条带，每一条带包含n个数据块，分别以Die 0、Die 1、Die 2、Die 3至Die n表示。当Page 0内Die 0至Die n各数据块均被写满缓存数据之后，才将Page 0内的缓存数据写入至闪存。这也就是意味，当数据缓存至缓存器之后，可能并不会马上被写入闪存，而是要等该数据所在条带被写满之后，才与该条带内的其他数据一同被写入闪存中。
由于需要满足一个条带的数据量才触发写操作，即至少一条带写满缓存数据之后，才将该至少一条带内的缓存数据写入至闪存，可以减少硬盘设备内CPU(CentralProcessing Unit，中央处理器)在调度缓存数据时的空转次数，因此，可以提供良好的写性能，同时对读的性能也会有提升。
同时，又由于需要写满条带才将条带内的缓存数据写入至闪存，而同一条带内所存储的缓存数据的逻辑地址映射是连续的，从而可以实现同时将多条写满缓存数据的条带的缓存数据写入至闪存，因此，本方案还具有良好的并发性能。
在一些情况下，当监测到电容器的工作状态发生异常时，缓存器中可能存在监测到电容器的工作状态发生异常之前缓存的缓存数据，对于此类数据而言，其在缓存至缓存器之后，即已向主机发送写入反馈指令，而在电容器的工作状态发生异常的情况下，此类数据在缓存器内存储的时间越长，数据被丢失的风险越大，因此，为了减小此类数据丢弃的风险，同时也减小异常掉电时所丢失数据的数据量，需要尽量减小此类数据在缓存器内存储的时长。
可选的，在一实施例中，在监测到电容器的工作状态发生异常的情况下，则触发写操作，以将缓存器中的第三数据持续写入闪存。
其中，第三数据为指已经预先向主机发送第三写入反馈指令的数据，即在监测到电容器的工作状态发生异常之前缓存进缓存器的数据，为了减小第三数据丢弃的风险，可以在监测到电容器的工作状态发生异常的情况下，则触发写操作，以将第三数据立即写入闪存中。
示例性的，如图3b所示，本发明实施例提供的第二种缓存器中缓存方式的示意图中，第三数据被存储在Page 0的Die 0、Page 1的Die 0以及Page 2的Die 0中，Page 0、Page1和Page 2的其他数据块内未存储数据，当监测到电容器的工作状态发生异常时，可以触发写操作，将存储在Page 0的Die 0、Page 1的Die 0以及Page 2的Die 0中的第三数据写入至闪存。这可以减小第三数据在缓存器内存储的时长。同理，将第一数据写入闪存的过程，也可以采用图3b对应的写入闪存的方式实现。
本发明提供的上述方案，可以实现降低硬盘设备发生数据写入异常的风险，与保证硬盘设备的数据写入效率之间的平衡。
可选的，在本发明的另一实施例中，硬盘设备的通信接口协议中预先配置了不同写入反馈指令的发送时机与电容器的工作状态的对应关系。
其中，当电容器的工作状态为正常工作状态时，写入反馈指令的发送时机为：在将数据缓存至缓存器之后，即通过通讯接口协议，向主机发送写入反馈指令。
当电容器的工作状态为发生异常时，写入反馈指令的发送时机为：仅在将数据写入闪存之后，才通过通讯接口协议向主机发送写入反馈指令。通讯接口协议是指硬盘设备和主机之间为实现通信的一种约定协议，具体协议类型可以根据硬盘设备支持的协议类型而定。通讯接口协议中的具体内容，本申请实施例根据需求进行调整，例如该通信接口协议中预先配置了不同写入反馈指令的发送时机与电容器的工作状态的对应关系。
此时，在一实施例中，本发明所提供的数据写入方法，上述监测电容器的工作状态的步骤可以包括：
步骤一：确定电容器的工作状态，并根据工作状态调整硬盘设备的通信接口协议中指令标志位的取值；
上述指令标志位可以为FUA(Force Unit Access，强制单位访问)指令对应的FUA标志位。
其中，在本申请中，可以采用固件控制的方式，调整FUA标志位的取值，区别于相关技术中硬盘设备只能被动接收主机的FUA指令后调整FUA标志位，本发明实施例中，硬盘设备中的固件能够基于电容器的工作状态，自主调整FUA标志位，不依赖于主机的FUA指令。
可选的，本发明实施例中，硬盘设备可以将电容器的工作状态与FUA标志位进行关联，在电容器的工作状态为正常工作状态，修改FUA标志位为指示执行先响应后存储策略的第一取值，例如0，在电容器的工作状态为发生异常时，修改FUA标志位为指示执行先存储后响应策略的第二取值，例如1。同时，指令标志位的不同取值也表征了电容器的不同工作状态。第一取值和第二取值的具体取值，本申请实施例不做具体限定。
步骤二：监测指令标志位的取值，以在指令标志位的取值为预设值的情况下，确定电容器的工作状态发生异常。预设值用于表示电容器的工作状态发送异常。当需要监测电容器的工作状态时，可以监测指令标志位的取值，若指令标志位的取值为第一取值，则表明电容器的工作状态为正常工作状态，反之，若指令标志位的取值为第二取值(即相当于预设值)，则表明电容器的工作状态为发生异常。
可选的，基于图2所示的实施例，在本发明一实施例中，上述监测电容器的工作状态，可以包括步骤1-步骤2：
步骤1：获取电容器的实际电压值，以及缓存器的缓存容量；
对于硬盘设备而言，电容器的实际电压值，以及缓存器的缓存容量可以通过测量获取的。
在一种实现方式中，若硬盘设备可以周期性地实时测量或者非周期性地测量电容器的电压值，以及缓存器的缓存容量，则可以在需要获取电容器的实际电压值，以及缓存器的缓存容量时，直接读取最近一次所测量的电容器的实际电压值，以及最近一次所测量的缓存器的缓存容量。
在另一种实现方式中，还可以在需要获取电容器的实际电压值，以及缓存器的缓存容量时，触发获取指令，执行一次实际电压值的测量动作，以获取电容器的实际电压值，同时执行一次缓存器的缓存容量的测量动作，以获取缓存器缓存容量。
步骤2：基于电容器的实际电压值，以及缓存器的缓存容量，监测电容器的工作状态。
在获取电容器的实际电压值，以及缓存器的缓存容量之后，即可基于电容器的实际电压值，以及缓存器的缓存容量，确定电容器能否支撑将缓存器内的缓存数据完全写入闪存。
在一种实现方式中，可以基于缓存器的缓存容量，计算将缓存器内缓存数据完全写入至闪存所需的需求电压值。
可选的，可以基于缓存器的缓存容量与缓存器向闪存写入数据时的速率，确定将数据量为缓存容量的缓存数据完全写入至闪存所需花费的写入时长，即需求时长，计算公式如下：
Figure BDA0003335469780000111
其中，T为写入时长，D为缓存器的缓存容量，S为缓存器向闪存写入数据时的速率。
在确定将数据量为缓存容量的缓存数据完全写入至闪存所需花费的写入时长之后，可以基于写入时长、缓存器的额定电流，计算将数据量为缓存容量的缓存数据完全写入至闪存所需消耗的电荷量。
可选的，可以按照如下公式计算将数据量为缓存容量的缓存数据完全写入至闪存所需消耗的电荷量：
Q1＝I×T (2)
其中，Q1为所需消耗的电荷量，I为额定电流。
进而，还可以根据电容器的电荷量与电压值之间的第一转换关系，确计算将缓存器内缓存数据完全写入至闪存所需的需求电压值。
可选的，电容器的电荷量与电压值之间的第一转换关系为：
Figure BDA0003335469780000121
其中，U1为电容器的电压值，Q2为电容器的电荷量，C为电容器的电容。
若电容器能够支撑将数据量为缓存容量的缓存数据完全写入至闪存，则意味着电容器的电荷量Q2需要大于等于所需消耗的电荷量Q1，也即电容器的电荷量Q2最小需要等于所需消耗的电荷量Q1。结合公式(2)和公式(3)，需求电压值表示如下：
Figure BDA0003335469780000122
其中，U1′即为将缓存器内缓存数据完全写入至闪存所需的需求电压值。
若电容器的实际电荷量Q2小于所需消耗的电荷量Q1，或者电容器的实际电压值U1小于需求电压值U1′，则表明电容器可能不能支撑将数据量为缓存容量的缓存数据完全写入闪存，此时判定电容器的工作状态发生异常。应当理解，对于同一电容器，利用电荷量或利用电压值作为判断依据，确定电容器的工作状态具有等同性。
反之，若电容器的实际电荷量Q2不小于所需消耗的电荷量Q1，或者电容器的实际电压值U1不小于需求电压值U1′，则表明电容器能够支撑将数据量为缓存容量的缓存数据完全写入闪存，此时判定电容器为正常工作状态。
当然，为了简化计算流程，也可以预先基于电容器的电荷量与电压值之间的第一转换关系、缓存器向闪存写入数据时的速率以及缓存器的额定电流，确定缓存器的缓存容量与需求电压值之间的第二转换关系，进而在获取缓存器的缓存容量之后，可以直接基于第二转换关系，计算将数据量为缓存容量的缓存数据完全写入至闪存所需的需求电压值。
可选的，结合公式(1)、公式(2)和公式(4)，可得第二转换关系为：
Figure BDA0003335469780000131
在确定缓存器的缓存容量D之后，可以直接基于公式(5)计算出需求电压值U1′，进而可以基于电容器的实际电压值U1与所计算的需求电压值值U1′之间的大小关系，确定电容器的工作状态。
在另一种实现方式中，还可以基于电容器的实际电压值，计算电容器的可放电时长，并基于缓存器的缓存容量，计算将数据量为缓存容量的缓存数据完全写入闪存所需的需求时长。
其中，对于电容器而言，其放电时长与实际电压值之间的第三转换关系与电容器所处电路相关，在实际应用过程中，电容器的放电时长与电压值之间的第三转换关系可以是预先已知的。故而，可以基于电容器的实际电压值和该第三转换关系，计算电容器的可放电时长。
而对于缓存器而言，在获取缓存器的缓存容量之后，可以基于缓存器向闪存写入数据时的速率以及缓存器的缓存容量，计算将数据量为缓存容量的缓存数据完全写入闪存所需花费的需求时长。示例性的：需求时长＝缓存器的缓存容量/写入数据时的速率。
在计算电容器的可放电时长，以及将数据量为缓存容量的缓存数据完全写入闪存所需花费的需求时长之后，可以对比电容器的可放电时长与需求时长之间的大小关系，确定电容器的工作状态。
可选的，若电容器的可放电时长小于需求时长，则说明电容器可能不能够支撑将缓存器内的缓存数据完全写入闪存，则判定电容器的工作状态发生异常。
可选的，若电容器的可放电时长不小于需求入时长，则说明电容器能够支撑将缓存器内的缓存数据完全写入闪存，则判定电容器为正常工作状态。
本发明提供的上述方案，可以降低硬盘设备发生数据写入异常的风险，并确保硬盘设备中存入数据的完整性。进一步的，由于可以方便测量电容器的实际电压值和缓存器的缓存容量，从而可以提高监测电容器的工作状态的效率。
为了实现更好地对硬盘设备中各处理流程的管理，在一种实施例中，可以结合不同的处理模式，实现本发明实施例所提供的数据写入方法。
其中，若电容器的工作状态发生异常，则将硬盘设备的运行模式调整为数据保护模式，其中，数据保护模式为降低数据写入异常的风险的模式。在数据保护模式下，目标数据需要完全写入闪存之后，才可以向主机发送写入反馈指令，且需要将缓存器内的缓存数据写入至闪存中，并在缓存器每存储一数据之后，即将该数据写入至闪存。
可选的，将硬盘设备的运行模式调整为数据保护模式存在两种情景。一种情景为：硬盘设备的当前运行模式为非保护模式，当检测到电容器的工作状态发生异常时，则将硬盘设备从非保护模式切换为数据保护模式。另一种为：硬盘设备的当前运行模式为数据保护模式，若电容器的工作状态未恢复时，则意味着此时不需要进行模式的切换。
若电容器的工作状态正常时，则可以将硬盘设备的运行模式调整为非保护模式，其中，非保护模式为保证写入效率的模式。在非保护模式下，数据在缓存至缓存器之后，即刻向主机发送写入反馈指令，且需要在缓存器中累计的数据量满足预设数据量阈值之后，才将缓存器中累计的数据写入至闪存。
可选的，将硬盘设备的运行模式调整为非保护模式存在两种情景。一种情景为：硬盘设备的当前运行模式为数据保护模式，当检测到电容器的恢复正常工作时，则将硬盘设备从数据保护模式切换为非保护模式。另一种为：硬盘设备的当前运行模式为非保护模式，若未检测到电容器的工作状态异常时，则意味着此时不需要进行模式的切换。
为了更好的理解本发明所提供的方案，结合实际场景，本发明的一实施例中，如4所示，提供了一种硬盘设备数据写入的流程示意图。
图4中，Cmd(命令)为主机向硬盘设备发送的写入请求。硬盘设备在接收到命令之后，检测运行模式是否为数据保护模式(或者检测电容器的工作状态是否发生异常)，若为数据保护模式(或者确定电容器的工作状态发生异常)，则切换硬盘设备数据写入的流程，即将数据写入缓存器之后，不向主机发送写入反馈指令，而是在将存储器中的数据直接写入至闪存，并在闪存写入完成之后，向主机回完成(即向主机发送写入反馈指令)。
相应于上述实施例所提供的数据写入方法，如图5所示，本发明实施例还提供了一种数据写入装置，应用于硬盘设备，所述硬盘设备包括：电容器、缓存器和闪存，所述装置包括：
状态检测模块501，用于监测所述电容器的工作状态；
第一数据写入模块502，用于在监测到所述电容器的工作状态发生异常的情况下，如果所述缓存器中存在第一数据，则将所述第一数据实时写入所述闪存；其中，所述第一数据是指未向主机发送关于该数据的第一写入反馈指令的待写入数据，所述第一写入反馈指令用于通知所述主机所述第一数据已写入所述闪存；
第一指令发送模块503，用于在监测到所述第一数据完全写入所述闪存的情况下，向所述主机发送所述第一写入反馈指令。
可选的，所述装置还包括：
第二指令发送模块，用于在监测到所述电容器的工作状态恢复正常，且监测到第二数据写入所述缓存器的情况下，则向所述主机发送关于所述第二数据的第二写入反馈指令；其中，所述第二写入反馈指令用于预先通知所述主机所述第二数据已写入所述闪存；和/或
第二数据写入模块，用于在监测到所述电容器的工作状态恢复正常，且所述缓存器中累计的数据量满足预设数据量阈值的情况下，则触发写操作，以将所述缓存器中累计的数据写入所述闪存。
可选的，所述硬盘设备的通信接口协议中预先配置了不同写入反馈指令的发送时机与所述电容器的工作状态的对应关系。
可选的，所述状态检测模块，具体用于确定所述电容器的工作状态，并根据所述工作状态调整所述硬盘设备的通信接口协议中指令标志位的取值；
监测所述指令标志位的取值，以在所述指令标志位的取值为预设值的情况下，确定所述电容器的工作状态发生异常。
可选的，所述状态检测模块，包括：
参数获取单元，用于获取所述电容器的实际电压值，以及所述缓存器的缓存容量；
状态检测单元，用于基于所述电容器的实际电压值，以及所述缓存器的缓存容量，监测所述电容器的工作状态。
或者，所述状态检测模块，包括；
参数获取单元，用于获取所述电容器的实际电荷值，以及所述缓存器的缓存容量；
需求电荷量计算单元，用于计算将数据量为所述缓存容量的缓存数据完全写入所述闪存所需的需求电荷量；
状态检测单元，用于基于所述电容器的实际电荷值，以及所述需求电荷量，监测所述电容器的工作状态。
可选的，所述状态检测单元，具体用于基于所述缓存器的缓存容量，计算将数据量为所述缓存容量的缓存数据完全写入所述闪存所需的需求电压值；如果所述实际电压值小于所述需求电压值，则确定所述电容器的工作状态发生异常。
可选的，所述状态检测单元，具体用于基于所述电容器的实际电压，计算所述电容器的可放电时长；基于所述缓存器的缓存容量，计算将数据量为所述缓存容量的缓存数据完全写入所述闪存所需的需求时长；如果所述可放电时长小于所述需求时长，则确定所述电容器的工作状态发生异常。
可选的，所述第一数据包括：在监测到所述电容器的工作状态发生异常的情况下，响应所述主机的写请求而缓存至所述缓存器的数据。
可选的，所述装置还包括：
第三数据写入模块，用于在监测到所述电容器的工作状态发生异常的情况下，则触发写操作，以将所述缓存器中的第三数据持续写入所述闪存；其中，所述第三数据指已经预先向所述主机发送第三写入反馈指令的数据。
本发明提供的上述方案，可以监测电容器的工作状态，若电容器的工作状态发生异常，则说明电容器可能不能够支撑将缓存器内的缓存数据完全写入闪存，此时，硬盘设备存在发生数据写入异常的风险。在硬盘设备存在发生数据写入异常的风险的情况下，仅在将目标数据完全写入至闪存之后，才向主机发送针对写入请求的写入反馈指令，其意味着，当目标数据由于异常掉电等原因造成写入失败时，不会向主机发送针对写入请求的写入反馈指令，从而可以避免主机已接收到针对写入请求的写入反馈指令，但目标数据实际未能写入闪存这一异常情况的出现。可见，通过本方案，可以降低硬盘设备发生数据写入异常的风险。
本发明实施例还提供了一种硬盘设备，如图6所示，包括处理器601、通信接口602、存储器603和通信总线604，其中，处理器601，通信接口602，存储器603通过通信总线604完成相互间的通信，
存储器603，用于存放计算机程序；
处理器601，用于执行存储器603上所存放的程序时，实现上述实施例所提供的数据写入方法步骤。
上述硬盘设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述硬盘设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(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。
在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一数据写入方法的步骤。
在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一数据写入方法。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读闪存中，或者从一个计算机可读闪存向另一个计算机可读闪存传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读闪存可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如硬盘设备Solid StateDisk(SSD))等。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、设备、系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种数据写入方法，其特征在于，应用于硬盘设备，所述硬盘设备包括：电容器、缓存器和闪存，所述方法包括：
监测所述电容器的工作状态；
在监测到所述电容器的工作状态发生异常的情况下，如果所述缓存器中存在第一数据，则将所述第一数据实时写入所述闪存；其中，所述第一数据是指未向主机发送关于该数据的第一写入反馈指令的待写入数据，所述第一写入反馈指令用于通知所述主机所述第一数据已写入所述闪存；
在监测到所述第一数据完全写入所述闪存的情况下，向所述主机发送所述第一写入反馈指令。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在监测到所述电容器的工作状态恢复正常，且监测到第二数据写入所述缓存器的情况下，则向所述主机发送关于所述第二数据的第二写入反馈指令；其中，所述第二写入反馈指令用于预先通知所述主机所述第二数据已写入所述闪存；和/或
在监测到所述电容器的工作状态恢复正常，且所述缓存器中累计的数据量满足预设数据量阈值的情况下，则触发写操作，以将所述缓存器中累计的数据写入所述闪存。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硬盘设备的通信接口协议中预先配置了不同写入反馈指令的发送时机与所述电容器的工作状态的对应关系。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述监测所述电容器的工作状态，包括：
确定所述电容器的工作状态，并根据所述工作状态调整所述硬盘设备的通信接口协议中指令标志位的取值；
监测所述指令标志位的取值，以在所述指令标志位的取值为预设值的情况下，确定所述电容器的工作状态发生异常。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述监测所述电容器的工作状态，包括：
获取所述电容器的实际电压值，以及所述缓存器的缓存容量；
基于所述电容器的实际电压值，以及所述缓存器的缓存容量，监测所述电容器的工作状态；
或者，所述监测所述电容器的工作状态，包括：
获取所述电容器的实际电荷值，以及所述缓存器的缓存容量；
计算将数据量为所述缓存容量的缓存数据完全写入所述闪存所需的需求电荷量；
基于所述电容器的实际电荷值，以及所述需求电荷量，监测所述电容器的工作状态。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述电容器的实际电压值，以及所述缓存器的缓存容量，监测所述电容器的工作状态，包括：
基于所述缓存器的缓存容量，计算将数据量为所述缓存容量的缓存数据完全写入所述闪存所需的需求电压值；
如果所述实际电压值小于所述需求电压值，则确定所述电容器的工作状态发生异常。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述电容器的实际电压值，以及所述缓存器的缓存容量，监测所述电容器的工作状态，包括：
基于所述电容器的实际电压，计算所述电容器的可放电时长；
基于所述缓存器的缓存容量，计算将数据量为所述缓存容量的缓存数据完全写入所述闪存所需的需求时长；
如果所述可放电时长小于所述需求时长，则确定所述电容器的工作状态发生异常。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一数据包括：在监测到所述电容器的工作状态发生异常的情况下，响应所述主机的写请求而缓存至所述缓存器的数据。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在监测到所述电容器的工作状态发生异常的情况下，则触发写操作，以将所述缓存器中的第三数据持续写入所述闪存；其中，所述第三数据指已经预先向所述主机发送第三写入反馈指令的数据。
10.一种数据写入装置，其特征在于，配置于硬盘设备，所述硬盘设备包括：电容器、缓存器和闪存，所述装置包括：
状态检测模块，用于监测所述电容器的工作状态；
第一数据写入模块，用于在监测到所述电容器的工作状态发生异常的情况下，如果所述缓存器中存在第一数据，则将所述第一数据实时写入所述闪存；其中，所述第一数据是指未向主机发送关于该数据的第一写入反馈指令的待写入数据，所述第一写入反馈指令用于通知所述主机所述第一数据已写入所述闪存；
第一指令发送模块，用于在监测到所述第一数据完全写入所述闪存的情况下，向所述主机发送所述第一写入反馈指令。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
第二指令发送模块，用于在监测到所述电容器的工作状态恢复正常，且监测到第二数据写入所述缓存器的情况下，则向所述主机发送关于所述第二数据的第二写入反馈指令；其中，所述第二写入反馈指令用于预先通知所述主机所述第二数据已写入所述闪存；和/或
第二数据写入模块，用于在监测到所述电容器的工作状态恢复正常，且所述缓存器中累计的数据量满足预设数据量阈值的情况下，则触发写操作，以将所述缓存器中累计的数据写入所述闪存；
所述硬盘设备的通信接口协议中预先配置了不同写入反馈指令的发送时机与所述电容器的工作状态的对应关系；
所述状态检测模块，具体用于：
确定所述电容器的工作状态，并根据所述工作状态调整所述硬盘设备的通信接口协议中指令标志位的取值；
监测所述指令标志位的取值，以在所述指令标志位的取值为预设值的情况下，确定所述电容器的工作状态发生异常；
所述状态检测模块，包括：
参数获取单元，用于获取所述电容器的实际电压值，以及所述缓存器的缓存容量；
状态检测单元，用于基于所述电容器的实际电压值，以及所述缓存器的缓存容量，监测所述电容器的工作状态；
或者，所述状态检测模块，包括；
参数获取单元，用于获取所述电容器的实际电荷值，以及所述缓存器的缓存容量；
需求电荷量计算单元，用于计算将数据量为所述缓存容量的缓存数据完全写入所述闪存所需的需求电荷量；
状态检测单元，用于基于所述电容器的实际电荷值，以及所述需求电荷量，监测所述电容器的工作状态；
所述状态检测单元，具体用于基于所述缓存器的缓存容量，计算将数据量为所述缓存容量的缓存数据完全写入所述闪存所需的需求电压值；如果所述实际电压值小于所述需求电压值，则确定所述电容器的工作状态发生异常；
所述状态检测单元，具体用于基于所述电容器的实际电压，计算所述电容器的可放电时长；基于所述缓存器的缓存容量，计算将数据量为所述缓存容量的缓存数据完全写入所述闪存所需的需求时长；如果所述可放电时长小于所述需求时长，则确定所述电容器的工作状态发生异常；
所述第一数据包括：在监测到所述电容器的工作状态发生异常的情况下，响应所述主机的写请求而缓存至所述缓存器的数据；
所述装置还包括：
第三数据写入模块，用于在监测到所述电容器的工作状态发生异常的情况下，则触发写操作，以将所述缓存器中的第三数据持续写入所述闪存；其中，所述第三数据指已经预先向所述主机发送第三写入反馈指令的数据。
12.一种硬盘设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-9任一项所述的方法步骤。
13.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-9任一项所述的方法步骤。
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