CN114415949B - 扫描回收block方法、系统、存储介质及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种扫描回收block的方法、系统、存储介质及设备。扫描回收block的方法包括：将固态硬盘的block按照lun和plane进行编组；设定最低扫描时间，在经过该最低扫描时间后触发扫描一个block组；从被扫描的block组的信息中获取该block组的有效数据量和pe次数，根据该有效数据量和pe次数，将该block组插入对应链表；以及根据所述固态硬盘的空间情况或读写状态，从不同链表回收block。通过本发明的技术方案，空闲时间使用cpu更多但不会影响写速度；写过程中使用cpu更少，降低了cpu使用过多影响写速度的可能，节省了cpu资源并且在连续写过程中降低了单次写响应延迟。

Description

扫描回收block方法、系统、存储介质及设备
技术领域
本发明涉及软件系统领域，尤其涉及一种扫描回收block方法、系统、存储介质及设备。
背景技术
由于固态硬盘(SSD)的读写擦特性，即读以page为单位、写以wordline为单位、擦以block为单位，其中block包含wordline，wordline包含page。SSD通常的使用方式为将更改后的数据写入一个新的区域，等待一个block区域完全没有或只有较小的有效数据时，将这个block中的有效数据搬移，然后进行回收。现有的方案是每次写新数据的时候，这份数据原先的有效数据失效，这时候判断是否应该回收。但是在高速写的时候，需要判断的次数也在增加，而大多数的判断为不应该回收，所以也就浪费了大量的时间，影响了处理速度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种扫描回收block方法、系统、存储介质及设备，用以解决现有扫描回收block方法及系统等的缺点。
基于上述目的，本发明提供了一种扫描回收block方法，包括以下步骤：
将固态硬盘的block按照lun和plane进行编组；
设定最低扫描时间，在经过该最低扫描时间后触发扫描一个block组；
从被扫描的block组的信息中获取该block组的有效数据量和pe次数，根据该有效数据量和pe次数，将该block组插入对应链表；以及
根据所述固态硬盘的空间情况或读写状态，从不同链表回收block。
在一些实施例中，将所述固态硬盘的block按照lun和plane进行编组是根据每个block在其plane中的排名，将所有排名相同的block编为一组，并记录其组的有效数据数量。
在一些实施例中，每次擦除block组中的一个block后，计算block组最大有效数据的个数，并将数据写入到block组信息中，每当block中的N个有效数据失效时，该block所在block组的有效数据量减N，N为大于等于1的自然数。
在一些实施例中，按照预留空间的大小和写速度算出写满需要的时间，减去回收需要的时间，得出最慢扫描所需时间，用该最慢扫描所需时间除以block组的总数，得出所述最低扫描时间。使用定时器按照所述最低扫描时间对block组进行定时扫描。
在一些实施例中，所述链表包括无有效数据量组、低有效数据低pe组、高有效数据低pe组，低有效数据高pe组以及高有效数据高pe组。在空间不足且高速写时，按照无有效数据量组、低有效数据低pe组、低有效数据高pe组的顺序回收擦除block；并且在没有高速写进行动态平衡时，按照低有效数据低pe组、高有效数据低pe组的顺序回收擦除block。
本发明的另一方面，还提供了一种扫描回收block系统，包括：
编组模块，用于将固态硬盘的block按照lun和plane进行编组；
定时器模块，用于设定最低扫描时间，在经过该最低扫描时间后触发扫描一个block组；
分组模块，用于从被扫描的block组的信息中获取该block组的有效数据量和pe次数，根据该有效数据量和pe次数，将该block组插入对应链表；以及
回收模块，用于根据所述固态硬盘的空间情况或读写状态，从不同链表回收block。
本发明的又一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序指令，该计算机程序指令被执行时实现上述任意一项方法。
本发明的再一方面，还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时执行上述任意一项方法。
本发明至少具有以下有益技术效果：
(1)与现有技术中的每次有效数据更新都需判断是否回收相比，根据本发明的扫描回收block方法及系统，空闲时间使用cpu更多但不会影响写速度；写过程中使用cpu更少，降低了cpu使用过多影响写速度的可能，节省了cpu资源；
(2)由于本发明的扫描回收block方法及系统写过程中使用cpu更少，所以在连续写过程中降低了单次写响应延迟。
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为根据本发明实施例提供的扫描回收block方法的示意图；
图2为根据本发明实施例提供的扫描回收block系统的示意图；
图3为根据本发明实施例提供的实现扫描回收block方法的计算机可读存储介质的示意图；
图4为根据本发明实施例提供的执行扫描回收block方法的计算机设备的硬件结构示意图。
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的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。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备固有的其他步骤或单元。
基于上述目的，本发明实施例的第一个方面，提出了一种扫描回收block方法的实施例。图1示出的是本发明提供的扫描回收block方法的实施例的示意图。如图1所示，本发明实施例包括如下步骤：
步骤S10、将固态硬盘的block按照lun和plane进行编组；
步骤S20、设定最低扫描时间，在经过该最低扫描时间后触发扫描一个block组；
步骤S30、从被扫描的block组的信息中获取该block组的有效数据量和pe次数，根据该有效数据量和pe次数，将该block组插入对应链表；
步骤S40、根据固态硬盘的空间情况或读写状态，从不同链表回收block。
lun(全Logical Unit Number)为逻辑单元号，多通道SSD的每个通道可以挂载一定数量的lun，为物理地址的一部分。每个lun上有一定数量的plane，为物理地址的一部分。
block是SSD中的最小擦除单位，每个lun里有一定数量的block，每个plane会分配一定的block，为物理地址的一部分，每个plane同时只能进行一个操作(读写擦一个最小单位)。
wordkline是最小写单位，每个block上有一定数量的wordkline，为物理地址的一部分。
page为最小读单位，每个wordline上有一定数量的page，为物理地址的一部分。
pe是指擦除回收，每个block的pe次数越高就越容易成为坏块，可以当作block的寿命。
当今的主流SSD使用的是NAND颗粒(当然有更新的SSD使用了3D NAND)来存储数据，每个颗粒可以存储1bit(SLC)，2bit(MLC)，3bit(TLC)甚至4bit(QLC)数据。颗粒存储的bit数越多，其密度越高，制造成本越低，但是颗粒的耐久性(或者叫寿命，擦写次数)越低。而SSD读取或写入的最小单元并不是颗粒，而是由一组颗粒组成的页(page)，典型的page大小是4KB。每个block都是由数百乃是数千个page页组成的。当前闪存的一个page通常是16KB，如果需要读取512字节的数据，那在闪存层面上就必须把包含这512字节数据的整个page页内容全部读出(实际发生的读取16KB)。
SSD有一个重要特性，是颗粒一旦被写入，就不能覆盖写了，这点和基于磁介质的机械盘不同。为了能重复写，SSD需要对已经写入过的颗粒进行擦除操作(erase)，而擦除的最小单元，既不是颗粒，也不是页，而是由若干个页组成的块(block)。SSD块的典型大小是512KB或1MB，即128page或256page。SSD的其它行为以及存储系统针对SSD的优化手段，都跟这几个基本的特性有密切关系。
数据操作包括读和写，其中读延时相对稳定，写延时会发生一些变化，取决于磁盘的使用状况，正常情况下，都是几十微秒。与机械硬盘相比，SSD多了一个擦除的操作，擦除以block为单位了。SSD中的垃圾回收(Garbage Collection)用于回收那些已经使用过、但数据已经不再有效的那些block。SSD控制器中会设置一个可用block数量的门限，当可用block低于这个门限时，就会启动垃圾回收。
在一些实施例中，将固态硬盘的block按照lun和plane进行编组是根据每个block在其plane中的排名，将所有排名相同的block编为一组，并记录其组的有效数据数量。这样编组的好处是可以并发执行，增加了最大操作速度。
在一些实施例中，每次擦除block组中的一个block后，计算block组最大有效数据的个数，并将数据写入到block组信息中，每当block中的N个有效数据失效时，该block所在block组的有效数据量减N，N为大于等于1的自然数。例如，每当block中的1个有效数据失效时，该block所在block组的有效数据量减1。
在一些实施例中，按照预留空间的大小和写速度算出写满需要的时间，减去回收需要的时间，得出最慢扫描所需时间，用该最慢扫描所需时间除以block组的总数，得出最低扫描时间。在一些实施例中，可以使用定时器按照最低扫描时间对block组进行定时扫描。
在一些实施例中，链表包括无有效数据量组、低有效数据低pe组、高有效数据低pe组，低有效数据高pe组以及高有效数据高pe组。在空间不足且高速写时，按照无有效数据量组、低有效数据低pe组、低有效数据高pe组的顺序回收擦除block；并且在没有高速写进行动态平衡时，按照低有效数据低pe组、高有效数据低pe组的顺序回收擦除block。
本发明实施例的第一方面提供一种扫描回收block的方法，与现有技术中的扫描回收block的方法每次有效数据更新都需判断是否回收相比，根据本发明的扫描回收block方法，空闲时间使用cpu更多但不会影响写速度；写过程中使用cpu更少，降低了cpu使用过多影响写速度的可能。进一步地，由于本发明的扫描回收block方法写过程中使用cpu更少，所以在连续写过程中降低了单次写响应延迟。因此，根据本发明的扫描回收block方法能够节省cpu资源。
本发明实施例的第二个方面，还提供了一种扫描回收block系统。图2示出的是本发明提供的扫描回收block系统的实施例的示意图。如图2所示，一种扫描回收block系统包括：编组模块10，用于将固态硬盘的block按照lun和plane进行编组；定时器模块20，用于设定最低扫描时间，在经过该最低扫描时间后触发扫描一个block组；分组模块30，用于从被扫描的block组的信息中获取该block组的有效数据量和pe次数，根据该有效数据量和pe次数，将该block组插入对应链表；以及回收模块40，用于根据固态硬盘的空间情况或读写状态，从不同链表回收block。
本发明实施例的第二方面提供一种扫描回收block的系统，与现有技术中的扫描回收block的系统每次有效数据更新都需判断是否回收相比，根据本发明的扫描回收block系统，空闲时间使用cpu更多但不会影响写速度；写过程中使用cpu更少，降低了cpu使用过多影响写速度的可能。进一步地，由于本发明的扫描回收block系统写过程中使用cpu更少，所以在连续写过程中降低了单次写响应延迟。因此，根据本发明的扫描回收block方法能够节省cpu资源。
本发明实施例的第三个方面，还提供了一种计算机可读存储介质，图3示出了根据本发明实施例提供的实现扫描回收block方法的计算机可读存储介质的示意图。如图3所示，计算机可读存储介质3存储有计算机程序指令31，该计算机程序指令31可以被处理器执行。该计算机程序指令31被执行时实现上述任意一项实施例的方法。
应当理解，在相互不冲突的情况下，以上针对根据本发明的扫描回收block方法阐述的所有实施方式、特征和优势同样地适用于根据本发明的扫描回收block系统和存储介质。
本发明实施例的第四个方面，还提供了一种计算机设备，包括存储器402和处理器401，该存储器中存储有计算机程序，该计算机程序被该处理器执行时实现上述任意一项实施例的方法。
如图4所示，为本发明提供的执行扫描回收block方法的计算机设备的一个实施例的硬件结构示意图。以如图4所示的计算机设备为例，在该计算机设备中包括一个处理器401以及一个存储器402，并还可以包括：输入装置403和输出装置404。处理器401、存储器402、输入装置403和输出装置404可以通过总线或者其他方式连接，图4中以通过总线连接为例。输入装置403可接收输入的数字或字符信息，以及产生与扫描回收block系统的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置404可包括显示屏等显示设备。
存储器402作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的扫描回收block方法对应的程序指令/模块。存储器402可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储扫描回收block方法的使用所创建的数据等。此外，存储器402可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器402可选包括相对于处理器401远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至本地模块。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
处理器401通过运行存储在存储器402中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例的扫描回收block方法。
最后需要说明的是，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。作为例子而非限制性的，非易失性存储器可以包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦写可编程ROM(EEPROM)或快闪存储器。易失性存储器可以包括随机存取存储器(RAM)，该RAM可以充当外部高速缓存存储器。作为例子而非限制性的，RAM可以以多种形式获得，比如同步RAM(DRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据速率SDRAM(DDRSDRAM)、增强SDRAM(ESDRAM)、同步链路DRAM(SLDRAM)、以及直接Rambus RAM(DRRAM)。所公开的方面的存储设备意在包括但不限于这些和其它合适类型的存储器。
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。
结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块和电路可以利用被设计成用于执行这里功能的下列部件来实现或执行：通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立的硬件组件或者这些部件的任何组合。通用处理器可以是微处理器，但是可替换地，处理器可以是任何传统处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以被实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP和/或任何其它这种配置。
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。
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 (8)

1.一种扫描回收block的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将固态硬盘的block按照lun和plane进行编组；
设定最低扫描时间，在经过该最低扫描时间后触发扫描一个block组；
从被扫描的block组的信息中获取该block组的有效数据量和pe次数，根据该有效数据量和pe次数，将该block组插入对应链表；以及
根据所述固态硬盘的空间情况或读写状态，从不同链表回收block；
所述链表包括无有效数据量组、低有效数据低pe组、高有效数据低pe组，低有效数据高pe组以及高有效数据高pe组；
在空间不足且高速写时，按照无有效数据量组、低有效数据低pe组、低有效数据高pe组的顺序回收擦除block；并且
在没有高速写进行动态平衡时，按照低有效数据低pe组、高有效数据低pe组的顺序回收擦除block。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
将所述固态硬盘的block按照lun和plane进行编组是根据每个block在其plane中的排名，将所有排名相同的block编为一组，并记录其组的有效数据数量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
每次擦除block组中的一个block后，计算block组最大有效数据的个数，并将数据写入到block组信息中，每当block中的N个有效数据失效时，该block所在block组的有效数据量减N，N为大于等于1的自然数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
按照预留空间的大小和写速度算出写满需要的时间，减去回收需要的时间，得出最慢扫描所需时间，用该最慢扫描所需时间除以block组的总数，得出所述最低扫描时间。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
使用定时器按照所述最低扫描时间对block组进行定时扫描。
6.一种扫描回收block的系统，其特征在于，包括：
编组模块，用于将固态硬盘的block按照lun和plane进行编组；
定时器模块，用于设定最低扫描时间，在经过该最低扫描时间后触发扫描一个block组；
分组模块，用于从被扫描的block组的信息中获取该block组的有效数据量和pe次数，根据该有效数据量和pe次数，将该block组插入对应链表；以及
回收模块，用于根据所述固态硬盘的空间情况或读写状态，从不同链表回收block；
所述链表包括无有效数据量组、低有效数据低pe组、高有效数据低pe组，低有效数据高pe组以及高有效数据高pe组；
在空间不足且高速写时，按照无有效数据量组、低有效数据低pe组、低有效数据高pe组的顺序回收擦除block；并且
在没有高速写进行动态平衡时，按照低有效数据低pe组、高有效数据低pe组的顺序回收擦除block。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被执行时实现如权利要求1-5任意一项所述的方法。
8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时执行如权利要求1-5任意一项所述的方法。
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