CN114356246B

CN114356246B - Ssd内部数据的存储管理方法、装置、存储介质及ssd设备

Info

Publication number: CN114356246B
Application number: CN202210261234.6A
Authority: CN
Inventors: 孟欣
Original assignee: Beijing Dera Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Dera Technology Co Ltd
Priority date: 2022-03-17
Filing date: 2022-03-17
Publication date: 2022-05-13
Anticipated expiration: 2042-03-17
Also published as: CN114356246A

Abstract

本发明涉及数据存储技术领域，提供一种SSD内部数据的存储管理方法、装置、存储介质及SSD设备，该方法包括：在接收到SSD内部数据的写入请求时，将SSD内部数据写入磁盘内部的物理地址扩展区域；物理地址扩展区域位于NAND闪存中除用户可访问的物理地址空间以外的冗余地址空间，目标逻辑地址位于逻辑地址扩展区域，逻辑地址扩展区域为与物理地址扩展区域具有映射关系的逻辑地址区域；在闪存转换层中配置内部映射表，保存写入SSD内部数据的目标逻辑地址与物理地址之间的映射关系。本发明通过NAND闪存同时存储用户数据和SSD内部数据来降低硬件成本，提升SSD固件在处理SSD内部数据时用户数据访问性能。

Description

SSD内部数据的存储管理方法、装置、存储介质及SSD设备

技术领域

本发明涉及数据存储技术领域，尤其涉及一种SSD内部数据的存储管理方法、装置、存储介质及SSD设备。

背景技术

在 LBA (Logical Block Addressing，逻辑块寻址模式)模式下，SSD硬盘上的一个数据区域由它所在的磁头、柱面（也就是磁道）和扇区所唯一确定。早期系统就是直接使用磁头柱面和扇区来对硬盘进行寻址（这称为CHS寻址），这需要分别存储每个区域的三个参数，称为3D参数，使用时再分别读取三个参数，然后送到磁盘控制器去执行。由于系统用8b来存储磁头地址，用10b来存储柱面地址，用6b来存储扇区地址，而一个扇区共有512B，这样使用CHS寻址一块硬盘的最大容量为256 * 1024 * 63 * 512B = 8064 MB，1MB =1048576B，若按1MB=1000000B近似来算就是8.4GB。随着硬盘技术的进步，硬盘容量越来越大，CHS模式无法管理超过8064 MB的硬盘，因此工程师们发明了更加简便的LBA寻址方式。在LBA地址中，地址不再表示实际硬盘的实际物理地址（柱面、磁头和扇区）。LBA编址方式将CHS这种三维寻址方式转变为一维的线性寻址，它把硬盘所有的物理扇区的C/H/S编号通过一定的规则转变为一线性的编号，在访问硬盘时，由硬盘控制器将这种逻辑地址转换为实际硬盘的物理地址，使得系统效率得到大大提高。

目前，通过LBA寻址方式实现SSD用户数据存储，但是SSD磁盘本身在运行时也需要保存一下磁盘本身运行时产生的数据，例如磁盘非易失性存储颗粒当前的寿命，磁盘运行时记录的一些关键日志信息，这些信息有的用于磁盘返厂进行错误分析，有的决定磁盘后续固件运行的逻辑，例如记录哪些数据是冷数据，哪些数据是热数据，将冷热数据的存储地址进行交换，这样保证用户数据存储的数据不会丢失也能延长磁盘的使用寿命。因此，磁盘运行过程中的一些内部数据也需要有保存的机制。

现有技术中有以下几种常用的SSD内部数据的管理方法，第一种方式是将SSD日志连续存放在固定的物理位置中，并将存放的位置信息返回给访问者，这种管理的缺陷是SSD的固件FW需要额外维护存放这些信息的逻辑代码，加大了固件的复杂度和代码的开销，而返回的额外信息又需要考虑下电的情况下信息如何保存的问题。另一种是将日志分类分别存放在不同介质中，即用户数据存储在SSD磁盘的NAND Flash上，而磁盘内部产生的内部数据单独采用另外一种存储颗粒例如SPI Flash，将内部数据存储在SPI Flash上以和用户数据天然隔离，但是这势必带来额外的硬件成本开销。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的SSD内部数据的存储管理方法、装置、存储介质及SSD设备。

本发明的一个方面，提供了一种SSD内部数据的存储管理方法，所述方法包括：

在接收到SSD内部数据的写入请求时，将SSD内部数据写入磁盘内部的物理地址扩展区域，所述写入请求中包括SSD内部数据的目标逻辑地址；

其中，物理地址扩展区域位于NAND 闪存中除了用户可访问的物理地址空间以外的冗余地址空间，目标逻辑地址位于逻辑地址扩展区域，所述逻辑地址扩展区域为与所述物理地址扩展区域具有映射关系的逻辑地址区域；

在闪存转换层中配置内部映射表，所述内部映射表用于保存写入SSD内部数据的目标逻辑地址与物理地址之间的映射关系。

进一步地，所述方法还包括：

在接收到SSD内部数据的读请求时，查找所述内部映射表以获取与SSD内部数据的目标逻辑地址对应的目标物理地址，所述读请求中包括SSD内部数据的目标逻辑地址；

其中，目标物理地址位于所述物理地址扩展区域；

对所述目标物理地址进行读操作，返回SSD内部数据。

进一步地，所述方法还包括：

预先对磁盘内除了用户可访问的物理地址空间以外的冗余地址空间进行配置，以从冗余地址空间中划分出物理地址扩展区域，以作为SSD内部数据的存储区域。

进一步地，所述内部映射表与NAND 闪存中用户可访问的物理地址空间对应的主映射表由闪存转换层进行统一配置管理。

本发明的一个方面，提供了一种SSD内部数据的存储管理装置，所述装置包括：

写操作模块，用于在接收到SSD内部数据的写入请求时，将SSD内部数据写入磁盘内部的物理地址扩展区域，所述写入请求中包括SSD内部数据的目标逻辑地址；其中，物理地址扩展区域位于NAND 闪存中除了用户可访问的物理地址空间以外的冗余地址空间，目标逻辑地址位于逻辑地址扩展区域，所述逻辑地址扩展区域为与所述物理地址扩展区域具有映射关系的逻辑地址区域；

映射表配置模块，用于在闪存转换层中配置内部映射表，所述内部映射表用于保存写入SSD内部数据的目标逻辑地址与物理地址之间的映射关系。

进一步地，所述装置还包括：

寻址模块，用于在接收到SSD内部数据的读请求时，查找所述内部映射表以获取与SSD内部数据的目标逻辑地址对应的目标物理地址，所述读请求中包括SSD内部数据的目标逻辑地址；其中，目标物理地址位于所述物理地址扩展区域；

读操作模块，用于对所述目标物理地址进行读操作，返回SSD内部数据。

进一步地，所述装置还包括：

存储区域配置模块，用于预先对磁盘内除了用户可访问的物理地址空间以外的冗余地址空间进行配置，以从冗余地址空间中划分出物理地址扩展区域，以作为SSD内部数据的存储区域。

第三方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上SSD内部数据的存储管理方法的步骤。

第四方面，本发明还提供了一种SSD设备，包括存储控制器，所述存储控制器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在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SSD内部数据的存储管理方法的步骤。

本发明实施例提供的SSD内部数据的存储管理方法、存储介质及SSD设备，通过在NAND 闪存中划分用于存储SSD内部数据的物理地址空间，并设置逻辑地址扩展区域，该逻辑地址扩展区域为与预设的用于存储SSD内部数据的物理地址空间具有映射关系的逻辑地址，实现将用户数据和SSD内部数据同时存储在NAND闪存，节省了SPI Flash空间，降低额外的硬件成本，同时提升SSD固件在处理SSD内部数据时的用户数据访问性能，降低固件代码的复杂度。

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的技术手段，而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、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的SSD内部数据的存储管理方法流程图；

图2为SSD磁盘的物理地址空间和用户逻辑寻址空间的对比示意图；

图3为对冗余地址空间进行配置后SSD磁盘的物理地址空间和用户逻辑寻址空间的对比示意图；

图4为本发明另一实施例提供的SSD内部数据的存储管理方法流程图；

图5为本发明实施例提供的SSD内部数据的存储管理装置的结构框图；

图6为本发明另一实施例提供的SSD内部数据的存储管理装置的结构框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语），具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

图1示意性示出了本发明一个实施例的SSD内部数据的存储管理方法的流程图。参照图1，本发明实施例的SSD内部数据的存储管理方法具体包括以下步骤：

S11、在接收到SSD内部数据的写入请求时，将SSD内部数据写入磁盘内部的物理地址扩展区域，所述写入请求中包括SSD内部数据的目标逻辑地址。

其中，物理地址扩展区域位于NAND 闪存中除了用户可访问的物理地址空间以外的冗余地址空间，目标逻辑地址位于逻辑地址扩展区域，所述逻辑地址扩展区域为与所述物理地址扩展区域具有映射关系的逻辑地址区域。

S12、在闪存转换层中配置内部映射表，所述内部映射表用于保存写入SSD内部数据的目标逻辑地址与物理地址之间的映射关系。

图2为主流SSD磁盘的物理地址空间和用户逻辑寻址空间的对比示意图。如图2所示，实际的物理空间是大于用户看到的磁盘容量即NAND 闪存中用户可访问的物理地址空间的。比如用户看到的容量是8G大小，那可能SSD磁盘NAND Flash颗粒的总容量是10G，中间有2G的冗余地址空间。这个冗余地址空间一部分用来存放逻辑到物理地址的转换表，一部分用于做垃圾回收，动态均衡等操作，一部分用于做坏块替换。

本发明实施例中，预先对磁盘内除了用户可访问的物理地址空间以外的冗余地址空间进行配置，以从冗余地址空间中划分出部分空间作为物理地址扩展区域，作为SSD内部数据的存储区域。图3为对冗余地址空间进行配置后SSD磁盘的物理地址空间和用户逻辑寻址空间的对比示意图，如图3所示，在实际应用中，只需要从冗余地址空间划分出一小部分作为物理地址扩展区域，来存储原本存放在SPI Flash的SSD内部数据，实现SSD内部数据和用户数据一起存放在NAND Flash上，以便SSD固件将磁盘内部数据统一按照用户数据的方式存储管理。

如图3所示，用户看到的实际容量还是不变，但是SSD固件扩大了LBA的编址范围。例如原本用户的容量是8G，SSD内部数据大小是100M，那么固件将逻辑地址从LBA0~LBA 8G大小增加为LBA0~LBA8G+100M。8G以后的100M逻辑地址给内部数据存储用。

这段多的LBA空间即逻辑地址扩展区域同用户LBA一样，参与逻辑到物理的映射转换，垃圾回收等。通过逻辑地址扩展区域的方式管理磁盘内部数据节省了SPI Flash空间降低了成本，而且在逻辑地址扩展区域进行数据写入时，当前数据只会写到Cache上，远比直接写到SPI Flash的性能要快得多。

本发明实施例提供的SSD内部数据的存储管理方法，通过在NAND 闪存中划分用于存储SSD内部数据的物理地址空间，并设置逻辑地址扩展区域，该逻辑地址扩展区域为与预设的用于存储SSD内部数据的物理地址空间具有映射关系的逻辑地址，实现将用户数据和SSD内部数据同时存储在NAND闪存，节省了SPI Flash空间，降低额外的硬件成本，同时提升SSD固件在处理SSD内部数据时的用户数据访问性能，降低固件代码的复杂度。

图4示意性示出了本发明一个实施例的SSD内部数据的存储管理方法的流程图。参照图4，本发明实施例的SSD内部数据的存储管理方法具体还包括以下步骤：

S21、在接收到SSD内部数据的读请求时，查找所述内部映射表以获取与SSD内部数据的目标逻辑地址对应的目标物理地址，所述读请求中包括SSD内部数据的目标逻辑地址。

其中，目标物理地址位于所述物理地址扩展区域。

S22、对所述目标物理地址进行读操作，返回SSD内部数据。

本实施例中，在逻辑地址扩展区域数据读取时，当前数据直接从NAND Flash读回，也比SPI Flash要快。

本发明实施例中，NAND 闪存中用户可访问的物理地址空间对应的映射表为主映射表，所述内部映射表与所述主映射表由闪存转换层进行统一配置管理。

具体的，SSD中存放的数据切分成用户数据和磁盘内部数据两大块，对应的LBA切分成Host LBA和Internal LBA两大块。SSD的闪存转换层FTL统一管理Host LBA及InternalLBA即逻辑地址扩展区域，两者统一参与映射表的管理，上电重建，垃圾回收等。

本发明实施例提供的SSD内部数据的存储管理方法，具有以下有益效果：

将用户数据和SSD内部数据同时存储在NAND闪存，节省了SPI Flash空间，降低额外的硬件成本；

提升了SSD内部数据的读写性能，降低了内部数据访问过程中给用户数据访问性能带来的影响。

对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。

图5示意性示出了本发明一个实施例的SSD内部数据的存储管理装置的结构示意图。参照图5，本发明实施例提供的SSD内部数据的存储管理装置具体包括写操作模块301和映射表配置模块301，其中：

写操作模块301，用于在接收到SSD内部数据的写入请求时，将SSD内部数据写入磁盘内部的物理地址扩展区域，所述写入请求中包括SSD内部数据的目标逻辑地址；其中，物理地址扩展区域位于NAND 闪存中除了用户可访问的物理地址空间以外的冗余地址空间，目标逻辑地址位于逻辑地址扩展区域，所述逻辑地址扩展区域为与所述物理地址扩展区域具有映射关系的逻辑地址区域；

映射表配置模块301，用于在闪存转换层中配置内部映射表，所述内部映射表用于保存写入SSD内部数据的目标逻辑地址与物理地址之间的映射关系。

在本发明实施例中，如图6所示，所述SSD内部数据的存储管理装置还包括寻址模块303和读操作模块304，其中：

寻址模块303，用于在接收到SSD内部数据的读请求时，查找所述内部映射表以获取与SSD内部数据的目标逻辑地址对应的目标物理地址，所述读请求中包括SSD内部数据的目标逻辑地址；其中，目标物理地址位于所述物理地址扩展区域；

读操作模块304，用于对所述目标物理地址进行读操作，返回SSD内部数据。

进一步地，所述SSD内部数据的存储管理装置还包括附图中未示出的存储区域配置模块，所述的存储区域配置模块，用于预先对磁盘内除了用户可访问的物理地址空间以外的冗余地址空间进行配置，以从冗余地址空间中划分出物理地址扩展区域，以作为SSD内部数据的存储区域。

进一步地，NAND 闪存中用户可访问的物理地址空间对应的映射表为主映射表，所述内部映射表与所述主映射表由闪存转换层进行统一配置管理。

需要说明的是，本实施例提供的一种SSD内部数据的存储管理装置所涉及各功能单元的其他相应描述，可以参考图1至图4的对应描述，在此不再赘述。

此外，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述SSD内部数据的存储管理方法的步骤。

此外，本发明实施例还提供了一种SSD设备，包括存储控制器，所述存储控制器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上SSD内部数据的存储管理方法的步骤。例如图1所示的步骤S11~S12；和/或，例如图2所示的步骤S21~S22。

本发明实施例提供的SSD内部数据的存储管理方法、装置、存储介质及SSD设备，通过在NAND 闪存中划分用于存储SSD内部数据的物理地址空间，并设置逻辑地址扩展区域，该逻辑地址扩展区域为与预设的用于存储SSD内部数据的物理地址空间具有映射关系的逻辑地址，实现将用户数据和SSD内部数据同时存储在NAND闪存，节省了SPI Flash空间，降低额外的硬件成本，同时提升SSD固件在处理SSD内部数据时的用户数据访问性能，降低固件代码的复杂度。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种SSD内部数据的存储管理方法，其特征在于，所述方法包括：

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：

其中，目标物理地址位于所述物理地址扩展区域；

对所述目标物理地址进行读操作，返回SSD内部数据。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述内部映射表与NAND 闪存中用户可访问的物理地址空间对应的主映射表由闪存转换层进行统一配置管理。

5.一种SSD内部数据的存储管理装置，其特征在于，所述装置包括：

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述内部映射表与NAND 闪存中用户可访问的物理地址空间对应的主映射表由闪存转换层进行统一配置管理。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-4任一项所述方法的步骤。

10.一种SSD设备，其特征在于，包括存储控制器，所述存储控制器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在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1-4任一项所述方法的步骤。