CN114281247A - 一种基于混合介质的flash带宽分配方法及装置 - Google Patents

一种基于混合介质的flash带宽分配方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及存储的技术领域，尤其涉及一种基于混合介质的flash带宽分配方法及装置，其中，基于混合介质的flash带宽分配方法包括：扫描第一介质plane的事务队列；其中，所述扫描的触发规则内置于FTL调度策略中；获取处于空闲状态的plane；迁移所述处于空闲状态的plane数据至第二介质中。本申请能够在某一时刻，当用户数据量突然剧增时，无需启动垃圾回收和/或数据迁移，也有足够多的空闲块提供给用户执行写操作，有效提升了写操作的速度，避免了混合介质的写操作速度出现断崖式下降。

Description

一种基于混合介质的flash带宽分配方法及装置
技术领域
本发明涉及存储的技术领域，尤其是涉及一种基于混合介质的flash带宽分配方法及装置。
背景技术
目前，Nand Flash存储设备页管理算法主要有纯介质算法和混合介质的算法，其中，常见的纯介质有SLC、MLC、TLC、QLC，混合介质是包含至少两种纯介质的混合结构，例如，SLC-QLC混合介质、MLC-TLC混合介质。
在混合介质算法中，以SLC-QLC混合介质为例，由于SLC速度快，成本高，QLC速度慢，成本低，因此，SLC-QLC混合介质利用SLC执行写操作，当SLC空闲块数量少于阈值时，把SLC的数据往QLC迁移，让SLC空闲块总是保持一定的块数量供用户执行写操作。但是，在某一时刻，当用户数据突然剧增时，就会出现SLC空闲块满足不了用户的数据写操作，此时，FTL(Flash Translation Layer)会启动垃圾回收和/或数据迁移，回收更多的SLC空闲块来满足用户的数据写操作；在这种情况下，FTL会最大程度的占用flash带宽用于SLC空闲块的回收，最终分配给用户写的带宽只有少部分，从而降低了写操作的速度，甚至导致写操作的速度出现断崖式下降。
发明内容
当用户数据突然剧增时，为了避免混合介质的写速度出现断崖式下降，第一方面，本发明提供了一种基于混合介质的flash带宽分配方法，采用如下的技术方案：
一种基于混合介质的flash带宽分配方法，包括：
扫描第一介质plane的事务队列；其中，所述扫描的触发规则内置于FTL调度策略中；
获取处于空闲状态的plane；
迁移所述处于空闲状态的plane数据至第二介质中。
通过采用上述技术方案，对处于空闲状态的plane执行数据迁移，通过数据迁移在混合介质中获得更多的可用于执行写操作的空闲块，从而在某一时刻，当用户数据量突然剧增时，无需启动垃圾回收和/或数据迁移，也有足够多的空闲块提供给用户执行写操作，有效提升了写操作的速度，避免了混合介质的写操作速度出现断崖式下降。
可选的，所述触发规则是在给用户的写操作分配plane时，执行扫描。
通过采用上述技术方案，在给用户的写操作分配plane时，及时触发数据迁移过程，从而能够及时获取到足够多的空闲块提供给用户执行写操作，有效提升写操作的速度。
可选的，所述迁移所述处于空闲状态的plane数据至第二介质中的步骤，具体包括：
读取所述处于空闲状态的plane数据；
将读取的所述数据写入所述第二介质的空闲块中；
擦除所述处于空闲状态的plane数据。
通过采用上述技术方案，在迁移过程中，实现将第一介质中处于空闲状态plane的数据写入第二介质的空闲块中，并及时回收第一介质中的带宽。
可选的，所述读取所述处于空闲状态的plane数据的步骤，具体包括：
判断处于所述处于空闲状态的plane页面是否是有效页，若是，读取所述有效页的数据。
通过采用上述技术方案，仅对有效页进行读取，进而能够在后续操作中仅对有效页进行迁移操作，从而减少了迁移的数据量，提高了迁移的效率。而且，对于无效页来说，不进行数据的迁移，只进行数据的擦除，起到了垃圾回收的作用，有效提高了带宽的利用率。
可选的，所述第一介质是SLC，所述第二介质是QLC，或所述第一介质是MLC，所述第二介质是TLC。
通过采用上述技术方案，将本申请的混合介质定义为SLC-QLC或MLC-TLC，丰富了应用场景。
第二方面，本发明提供一种基于混合介质的flash带宽分配装置，采用如下的技术方案：
一种基于混合介质的flash带宽分配装置，包括：
扫描模块，用于扫描第一介质plane的事务队列；其中，所述扫描的触发规则内置于FTL调度策略中；
获取模块，用于获取处于空闲状态的plane；
迁移模块，用于迁移所述处于空闲状态的plane数据至第二介质中。
通过采用上述技术方案，对处于空闲状态的plane执行数据迁移，通过数据迁移在混合介质中获得更多的可用于执行写操作的空闲块，从而在某一时刻，当用户数据量突然剧增时，无需启动垃圾回收和/或数据迁移，也有足够多的空闲块提供给用户执行写操作，有效提升了写操作的速度，避免了混合介质的写速度出现断崖式下降。
可选的，所述触发规则是在给用户的写操作分配plane时，执行扫描。
通过采用上述技术方案，在给用户的写操作分配plane时，及时触发数据迁移过程，从而能够及时获取到足够多的空闲块提供给用户执行写操作，有效提升写操作的速度，避免了混合介质的写操作速度出现断崖式下降。
可选的，所述迁移模块，具体包括：
读取模块，用于读取所述处于空闲状态的plane数据；
写入模块，用于将读取的所述数据写入所述第二介质的空闲块中；
擦除模块，用于擦除所述处于空闲状态的plane数据。
通过采用上述技术方案，在迁移过程中，实现将第一介质中处于空闲状态plane的数据写入第二介质的空闲块中，并及时回收第一介质中的带宽。
可选的，所述读取模块，具体包括：
判断模块，用于判断处于所述处于空闲状态的plane页面是否是有效页，若是，发送所述有效页至有效页读取模块；
有效页读取模块，用于读取所述有效页的数据。
通过采用上述技术方案，仅对有效页进行读取，进而能够在后续操作中仅对有效页进行迁移操作，从而减少了迁移的数据量，提高了迁移的效率。而且，对于无效页来说，不进行数据的迁移，只进行数据的擦除，起到了垃圾回收的作用，有效提高了带宽的利用率。
可选的，所述第一介质是SLC，所述第二介质是QLC，或所述第一介质是MLC，所述第二介质是TLC。
通过采用上述技术方案，将本申请的混合介质定义为SLC-QLC或MLC-TLC，丰富了应用场景。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.对处于空闲状态的plane执行数据迁移，通过数据迁移在混合介质中获得更多的可用于执行写操作的空闲块，从而在某一时刻，当用户数据量突然剧增时，无需启动垃圾回收和/或数据迁移，也有足够多的空闲块提供给用户执行写操作，有效提升了写操作的速度，避免了混合介质的写操作速度出现断崖式下降。
2.仅对有效页进行读取和迁移，从而减少了迁移的数据量，提高了迁移的效率。而且，对于无效页来说，不进行数据的迁移，只进行数据的擦除，起到了垃圾回收的作用，有效提高了带宽的利用率。
附图说明
图1是本申请实施例的基于混合介质的flash带宽分配方法流程图。
图2是基于混合介质的flash带宽分配实例图。
图3是本申请实施例的迁移流程示意图。
图4是本申请实施例的擦除流程示意图。
图5是本申请实施例的基于混合介质的flash带宽分配装置结构框图。
图6是本申请实施例的迁移模块结构框图。
图7是本申请实施例的擦除模块结构框图。
附图标记说明：11、扫描模块；12、获取模块；13、迁移模块；21、读取模块；22、写入模块；23、擦除模块；31、判断模块；32、有效页读取模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-7及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例公开一种基于混合介质的flash带宽分配方法。参照图1，基于混合介质的flash带宽分配方法包括：
S11、扫描第一介质plane的事务队列；
混合介质可以是SLC-QLC，也可以是MLC-TLC,若是SLC-QLC，则第一介质是SLC,若是MLC-TLC，则第一介质是MLC。
在flash芯片的事务队列中，包含写事务队列、读事务队列和擦除事务队列，根据每个事务所对应的plane，对第一介质中，每个plane所对应的事务队列进行扫描。
其中，扫描的触发规则内置于FTL调度策略中；在FTL调度策略中，具体的触发规则是在给用户的写操作分配plane时，执行扫描，或根据预设周期执行扫描，例如，预设周期为1s、10s或30s，具体的，扫描周期可根据实际应用需求进行设定，在此不做限定。
S12、获取处于空闲状态的plane；
对第一介质中每个plane所对应的事务队列进行扫描后，若获取到事务队列为空的plane，则记为处于空闲状态的plane。其中，事务队列为空，说明当前plane没有待处理的事务，处于空闲状态。其中，处于空闲状态的plane的数量至少为一个。
具体的，在扫描到事务队列为空的plane之后，可利用标识符对事务队列为空的plane进行标记，并通过标识符获取处于空闲状态的plane。比如，将事务队列为空的plane标记为“1”，获取所有标记为“1”的plane作为处于空闲状态的plane。
S13、迁移所述处于空闲状态的plane数据至第二介质中。
若混合介质是SLC-QLC，则第二介质是QLC,若混合介质是MLC-TLC，则第二介质是TLC。
参照图2，在本申请实施例中，若当前Nand Flash的第一介质中总共有4个plane，通过扫描获取到处于空闲状态的plane为两个，则只对处于空闲状态的两个plane执行数据迁移过程，而对处于非空闲状态的两个plane不作任何处理，各个plane独立运行，对处于空闲状态的plane的数据迁移操作不影响处于非空闲状态的plane的正常运行。
在本实施例中，对处于空闲状态的plane执行数据迁移，通过数据迁移在混合介质中获得更多的可用于执行写操作的空闲块，从而在某一时刻，当用户数据量突然剧增时，无需启动垃圾回收和/或数据迁移，也有足够多的空闲块提供给用户执行写操作，有效提升了写操作的速度，避免了混合介质的写操作速度出现断崖式下降。
作为一种实施方式，参照图3，步骤S13包括以下具体步骤：
S131、读取所述处于空闲状态的plane数据；
在flash芯片中，每个plane包括多个块，每个块包括多个页面，在对第一介质中每个处于空闲状态的plane执行读操作时，读取的是所有页面数据。具体的，对于每个处于空闲状态的plane，对块中的所有页面生成读事务，插入事务队列，根据事务队列执行读操作。
S132、将读取的所述数据写入第二介质的空闲块中；
在第二介质中，存在可用于供数据写入的空闲块，将读取的第一介质中的所述数据写入第二介质的空闲块，以实现数据从第一介质到第二介质的迁移。
具体的，在将读取的所述数据写入第二介质的空闲块时，需要生成对应页面的写事务，并插入事务队列，根据事务队列执行写操作。
S133、擦除所述处于空闲状态的plane数据。
对第一介质中每一处于空闲状态的plane中的数据执行擦除操作，释放处于空闲状态的plane所占的带宽，从而获得更多可用于执行写操作的空闲块。
具体的，在执行擦除操作时，需要对处于空闲状态的plane中的块生成擦除事务，并插入事务队列，根据事务队列执行擦除操作。
作为一种实施方式，参照图4，步骤S131包括以下具体步骤：
S1311、判断处于所述处于空闲状态的plane页面是否是有效页，若是，执行步骤S1312，若否，结束；
每个处于空闲状态的plane包含多个页面，依次判断每个页面是否是有效页。
S1312、读取所述有效页数据；
该方法中，仅对有效页进行读取和后续的迁移操作，从而减少了迁移的数据量，提高了迁移的效率。而且，对于无效页来说，不进行数据的迁移，只进行数据的擦除，起到了垃圾回收的作用，有效提高了带宽的利用率。
参照图5，本申请实施例公开一种基于混合介质的flash带宽分配装置，具体包括：
扫描模块11，用于扫描第一介质plane的事务队列；
混合介质可以是SLC-QLC，也可以是MLC-TLC,若是SLC-QLC，则第一介质是SLC,若是MLC-TLC，则第一介质是MLC。
在flash芯片的事务队列中，包含写事务队列、读事务队列和擦除事务队列，根据每个事务所对应的plane，对第一介质中，每个plane所对应的事务队列进行扫描。
其中，扫描的触发规则内置于FTL调度策略中；在FTL调度策略中，具体的触发规则是在给用户的写操作分配plane时，执行扫描，或根据预设周期执行扫描，例如，预设周期为1s、10s或30s，具体的，扫描周期可根据实际应用需求进行设定，在此不做限定。
获取模块12，用于获取处于空闲状态的plane；
对第一介质中每个plane所对应的事务队列进行扫描后，若获取到事务队列为空的plane，则记为处于空闲状态的plane。其中，事务队列为空，说明当前plane没有待处理的事务，处于空闲状态。其中，处于空闲状态的plane的数量至少为一个。
具体的，在扫描到事务队列为空的plane之后，可利用标识符对事务队列为空的plane进行标记，并通过标识符获取处于空闲状态的plane。比如，将事务队列为空的plane标记为“1”，获取所有标记为“1”的plane作为处于空闲状态的plane。
迁移模块13，用于迁移所述处于空闲状态的plane数据至第二介质中。
若混合介质是SLC-QLC，则第二介质是QLC,若混合介质是MLC-TLC，则第二介质是TLC。
在该装置中，仅对处于空闲状态的plane执行数据迁移，而对处于非空闲状态的plane不作任何处理，各个plane独立运行，对处于空闲状态的plane的数据迁移操作不影响处于非空闲状态的plane的正常运行。
在本实施例中，对处于空闲状态的plane执行数据迁移，通过数据迁移在混合介质中获得更多的可用于执行写操作的空闲块，从而在某一时刻，当用户数据量突然剧增时，无需启动垃圾回收和/或数据迁移，也有足够多的空闲块提供给用户执行写操作，有效提升了写操作的速度，避免了混合介质的写操作速度出现断崖式下降。
作为一种实施方式，参见图6，本申请的迁移模块，具体包括：
读取模块21，用于读取所述处于空闲状态的plane的数据；
在flash芯片中，每个plane包括多个块，每个块包括多个页面，在对第一介质中每个处于空闲状态的plane执行读操作时，读取的是所有页面数据。具体的，对于每个处于空闲状态的plane，对块中的所有页面生成读事务，插入事务队列，根据事务队列执行读操作。
写入模块22，用于将读取的所述数据写入第二介质的空闲块中；
在第二介质中，存在可用于供数据写入的空闲块，将读取的第一介质中的所述数据写入第二介质的空闲块，以实现数据从第一介质到第二介质的迁移。
具体的，在将读取的所述数据写入第二介质的空闲块时，需要生成对应页面的写事务，并插入事务队列，根据事务队列执行写操作。
擦除模块23，用于擦除所述处于空闲状态的plane的数据。
对第一介质中每一处于空闲状态的plane中的数据执行擦除操作，释放处于空闲状态的plane所占的带宽，从而获得更多可用于执行写操作的空闲块。
具体的，在执行擦除操作时，需要对处于空闲状态的plane中的块生成擦除事务，并插入事务队列，根据事务队列执行擦除操作。
作为一种实施方式，参照图7，读取模块具体包括：
判断模块31，用于判断处于所述处于空闲状态的plane页面是否是有效页，若是，发送所述有效页至有效页读取模块；
每个处于空闲状态的plane包含多个页面，依次判断每个页面是否是有效页。
有效页读取模块32，用于读取所述有效页数据。
该实施方式中，仅对有效页进行读取和后续的迁移操作，从而减少了迁移的数据量，提高了迁移的效率。而且，对于无效页来说，不进行数据的迁移，只进行数据的擦除，起到了垃圾回收的作用，有效提高了带宽的利用率。
以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (10)

1.一种基于混合介质的flash带宽分配方法，其特征在于，包括：
扫描第一介质plane的事务队列；其中，所述扫描的触发规则内置于FTL调度策略中；
获取处于空闲状态的plane；
迁移所述处于空闲状态的plane数据至第二介质中。
2.根据权利要求1所述的一种基于混合介质的flash带宽分配方法，其特征在于，所述触发规则是在给用户的写操作分配plane时，执行扫描。
3.根据权利要求1所述的一种基于混合介质的flash带宽分配方法，其特征在于，所述迁移所述处于空闲状态的plane数据至第二介质中的步骤，具体包括：
读取所述处于空闲状态的plane数据；
将读取的所述数据写入所述第二介质的空闲块中；
擦除所述处于空闲状态的plane数据。
4.根据权利要求3所述的一种基于混合介质的flash带宽分配方法，其特征在于，所述读取所述处于空闲状态的plane数据的步骤，具体包括：
判断处于所述处于空闲状态的plane页面是否是有效页，若是，读取所述有效页的数据。
5.根据权利要求1所述的一种基于混合介质的flash带宽分配方法，其特征在于：所述第一介质是SLC，所述第二介质是QLC，或所述第一介质是MLC，所述第二介质是TLC。
6.一种基于混合介质的flash带宽分配装置，其特征在于，包括：
扫描模块，用于扫描第一介质plane的事务队列；其中，所述扫描的触发规则内置于FTL调度策略中；
获取模块，用于获取处于空闲状态的plane；
迁移模块，用于迁移所述处于空闲状态的plane数据至第二介质中。
7.根据权利要求6所述的一种基于混合介质的flash带宽分配装置，其特征在于，所述触发规则是在给用户的写操作分配plane时，执行扫描。
8.根据权利要求6所述的一种基于混合介质的flash带宽分配装置，其特征在于，所述迁移模块，具体包括：
读取模块，用于读取所述处于空闲状态的plane数据；
写入模块，用于将读取的所述数据写入所述第二介质的空闲块中；
擦除模块，用于擦除所述处于空闲状态的plane数据。
9.根据权利要求8所述的一种基于混合介质的flash带宽分配装置，其特征在于，所述读取模块，具体包括：
判断模块，用于判断处于所述处于空闲状态的plane页面是否是有效页，若是，发送所述有效页至有效页读取模块；
有效页读取模块，用于读取所述有效页的数据。
10.根据权利要求6所述的一种基于混合介质的flash带宽分配装置，其特征在于：所述第一介质是SLC，所述第二介质是QLC，或所述第一介质是MLC，所述第二介质是TLC。
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