CN115079956A - 固态硬盘的写性能提升实现方法、装置和计算机设备 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种固态硬盘的写性能提升实现方法、装置、计算机设备和存储介质，其中该方法包括：在固态硬盘内部生成Meta数据模板；固态硬盘获取主机下发的写命令，发送中断信息给软件并接收主机待写入的数据保存到WriteBuffer中；软件收到中断后读取命令信息，并解析命令后发送给FTL；FTL使用任一Meta数据模板并使用8bit记录Meta数据模板信息；FTL将写请求发给后端NFC模块；NFC HW从Write Buffer中读取数据，根据软件填写的8bit模板信息生成32Byte数据到Meta Buffer中并将读取的数据一同写入到NAND中。本发明可以减少每次软件生成Meta数据的时延及CPU对RAM的访问，从而提升SSD的写性能。

Description

固态硬盘的写性能提升实现方法、装置和计算机设备
技术领域
本发明涉及固态硬盘技术领域，特别是涉及一种固态硬盘的写性能提升实现方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
SSD(Solid State Drive，固态硬盘)作为一种新型存储介质，其采用NAND颗粒作为数据存储，已经广泛应用于PC，笔记本，服务器等各个领域并逐渐取代HDD(Hard DiskDrive，机械硬盘)成为存贮领域的主流应用产品。
SSD固态硬盘作为一种新型存储介质，其采用NAND颗粒作为数据存储体，相比于传统HDD，其最大优势在于很高的读写性能。SSD处理每一次的Host(主机)写命令，需要从Host侧接收数据的同时，还需要为这些数据分配NAND上的地址存储，同时记录这些数据的信息(即Meta数据)。Meta数据会一起和Host数据写到NAND中，软件需要自己生成Meta数据，导致SSD在写入Host数据时需要增加生成Meta数据的时延，进而导致写性能会降低许多。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种固态硬盘的写性能提升实现方法、装置、计算机设备和存储介质。
一种固态硬盘的写性能提升实现方法，所述方法包括：
在固态硬盘内部生成Meta数据模板；
所述固态硬盘获取主机下发的写命令，发送中断信息给软件并接收所述主机待写入的数据保存到Write Buffer中；
软件收到中断后读取命令信息，并解析命令后发送给FTL；
FTL使用任一Meta数据模板并使用8bit记录Meta数据模板信息；
FTL将写请求发给后端NFC模块，所述NFC模块收到写请求后发送NAND的Writepage命令给NFC HW请求写入数据；
NFC HW从Write Buffer中读取数据，根据所述软件填写的8bit模板信息生成32Byte数据到Meta Buffer中并将读取的数据一同写入到NAND中。
在其中一个实施例中，在所述根据所述软件填写的8bit模板信息生成32Byte数据到Meta Buffer中并将读取的数据一同写入到NAND中步骤之后还包括：
待NFC HW写入完成后，分别通知主机写命令完成以及软件写命令完成；
软件回收相关资源并重复执行后续的写命令。
在其中一个实施例中，在所述软件收到中断后读取命令信息，并解析命令后发送给FTL步骤之后还包括：
FTL将所述命令的逻辑地址映射成实际的物理地址。
在其中一个实施例中，所述在固态硬盘内部生成Meta数据模板的步骤还包括：
通过软件配置一组Meta数据模板以及对应的模板信息。
一种固态硬盘的写性能提升实现装置，所述固态硬盘的写性能提升实现装置包括：
生成模块，所述生成模块用于在固态硬盘内部生成Meta数据模板；
获取模块，所述获取模块用于所述固态硬盘获取主机下发的写命令，发送中断信息给软件并接收所述主机待写入的数据保存到Write Buffer中；
解析模块，所述解析模块用于软件收到中断后读取命令信息，并解析命令后发送给FTL；
记录模块，所述记录模块用于FTL使用任一Meta数据模板并使用8bit记录Meta数据模板信息；
写请求模块，所述写请求模块用于FTL将写请求发给后端NFC模块，所述NFC模块收到写请求后发送NAND的Write page命令给NFC HW请求写入数据；
写入模块，所述写入模块用于NFC HW从Write Buffer中读取数据，根据所述软件填写的8bit模板信息生成32Byte数据到Meta Buffer中并将读取的数据一同写入到NAND中。
在其中一个实施例中，所述装置还包括回收模块，所述回收模块用于：
待NFC HW写入完成后，分别通知主机写命令完成以及软件写命令完成；
软件回收相关资源并重复执行后续的写命令。
在其中一个实施例中，所述装置还包括映射模块，所述映射模块用于：
FTL将所述命令的逻辑地址映射成实际的物理地址。
在其中一个实施例中，所述生成模块还用于：
通过软件配置一组Meta数据模板以及对应的模板信息。
一种计算机设备，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上述任意一项方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任意一项方法的步骤。
上述固态硬盘的写性能提升实现方法、装置、计算机设备和存储介质通过在固态硬盘内部生成Meta数据模板；固态硬盘获取主机下发的写命令，发送中断信息给软件并接收主机待写入的数据保存到Write Buffer中；软件收到中断后读取命令信息，并解析命令后发送给FTL；FTL使用任一Meta数据模板并使用8bit记录Meta数据模板信息；FTL将写请求发给后端NFC模块，NFC模块收到写请求后发送NAND的Write page命令给NFC HW请求写入数据；NFC HW从Write Buffer中读取数据，根据软件填写的8bit模板信息生成32Byte数据到Meta Buffer中并将读取的数据一同写入到NAND中。本发明预先填写一组Meta数据模板，然后硬件识别软件填写的Meta模板信息生成指定的Meta数据，减少每次软件生成Meta数据的时延及CPU对RAM的访问，从而提升SSD的写性能。
附图说明
图1为现有SSD写命令处理方案的构架图；
图2为现有SSD写命令处理方案的流程图；
图3为一个实施例中固态硬盘的写性能提升实现方法的流程示意图；
图4为一个实施例中固态硬盘的写性能提升实现方法的构架图；
图5为另一个实施例中固态硬盘的写性能提升实现方法的流程示意图；
图6为一个实施例中固态硬盘的写性能提升实现装置的结构框图；
图7为另一个实施例中固态硬盘的写性能提升实现装置的结构框图；
图8为再一个实施例中固态硬盘的写性能提升实现装置的结构框图；
图9为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
目前，参考图1所示的现有SSD写命令处理方案的构架图和图2所示的现有SSD写命令处理方案的流程图，该方案包括如下步骤：
1.Host发一个写命令给SSD。2.SSD的NVME HW收到写命令。3.NVME HW发送中断信息给软件。4.NVME HW同时接收Host要写的数据到Write Buffer中。5.软件收到中断，从NVME HW在读取命令信息。6.软件解析命令后，发送给FTL。7.FTL将命令的逻辑地址映射成实际的物理地址。8.FTL将该笔数据的信息对应的物理地址等写入Meta Buffer中，需要写入32Byte。9.FTL将写请求发给后端NFC模块。10.NFC模块收到写请求，发送NAND的Writepage命令给NFC HW，请求写入数据。11.NFC HW从Write Buffer中拿取数据，从Meta Buffer中拿取数据，一同写入到NAND。12.NFC HW写入完成后，通知NVME HW告诉HostWrite命令完成，通知软件Write命令完成。13.软件回收相关资源。14.软件继续重复2-13处理后续的Write命令。
从上述步骤中可以看出，对于Write命令很多的情况下，该方案有两个缺陷：
1.每次Write命令都有写32Byte数据延迟。
2.如果Meta Buffer位于访问延迟高的RAM中，每个Write命令会有很大的CPU访问RAM延迟。
基于此，本发明提出了一种固态硬盘的写性能提升实现方法，旨在可以解决解决以上两个延迟缺陷，从而提升SSD的写性能。
在一个实施例中，如图3所示，提供了一种固态硬盘的写性能提升实现方法，该方法包括：
步骤302，在固态硬盘内部生成Meta数据模板；
步骤304，固态硬盘获取主机下发的写命令，发送中断信息给软件并接收所述主机待写入的数据保存到Write Buffer中；
步骤306，软件收到中断后读取命令信息，并解析命令后发送给FTL；
步骤308，FTL使用任一Meta数据模板并使用8bit记录Meta数据模板信息；
步骤310，FTL将写请求发给后端NFC模块，NFC模块收到写请求后发送NAND的Writepage命令给NFC HW请求写入数据；
步骤312，NFC HW从Write Buffer中读取数据，根据软件填写的8bit模板信息生成32Byte数据到Meta Buffer中并将读取的数据一同写入到NAND中。
在本实施例中，提供了一种固态硬盘的写性能提升实现方法，该方法可以应用于如图4所示的构架图中，通过SOC内部设计了一个SOC Meta Generate模块，软件填写一组Meta数据的模板，然后硬件识别软件填写的Meta模板的信息，生成指定的Meta数据，这样就可以减少每次软件生成Meta数据的时延，并减少CPU对RAM的访问，从而提升SSD的写性能。该方法具体实施过程如下：
首先，在固态硬盘内部生成Meta数据模板。
在一个实施例中，在固态硬盘内部生成Meta数据模板的步骤还包括：通过软件配置一组Meta数据模板以及对应的模板信息。
然后，主机发一个写命令给SSD。SSD的NVME HW收到写命令后发送中断信息给软件。NVME HW同时接收Host要写的数据到Write Buffer(缓存)中。
当软件收到中断，从NVME HW在读取命令信息。软件解析命令后，发送给FTL(FlashTranslation Layer，闪存转换层)。FTL对笔数据使用任一Meta模板，并使用8bit记录该模板信息。
接着，FTL将写请求发给后端NFC(Nand Flash Control)模块。NFC模块收到写请求，发送NAND的Write page命令给NFC HW，请求写入数据。
最后，NFC HW从Write Buffer中拿取数据，根据软件填写的8bit模板信息生成32Byte数据到Meta Buffer中，并将数据一同写入到NAND。
在上述实施例中，通过在固态硬盘内部生成Meta数据模板；固态硬盘获取主机下发的写命令，发送中断信息给软件并接收主机待写入的数据保存到Write Buffer中；软件收到中断后读取命令信息，并解析命令后发送给FTL；FTL使用任一Meta数据模板并使用8bit记录Meta数据模板信息；FTL将写请求发给后端NFC模块，NFC模块收到写请求后发送NAND的Write page命令给NFC HW请求写入数据；NFC HW从Write Buffer中读取数据，根据软件填写的8bit模板信息生成32Byte数据到Meta Buffer中并将读取的数据一同写入到NAND中。本方案预先填写一组Meta数据模板，然后硬件识别软件填写的Meta模板信息生成指定的Meta数据，减少每次软件生成Meta数据的时延及CPU对RAM的访问，从而提升SSD的写性能。
在一个实施例中，在根据软件填写的8bit模板信息生成32Byte数据到MetaBuffer中并将读取的数据一同写入到NAND中步骤之后还包括：
待NFC HW写入完成后，分别通知主机写命令完成以及软件写命令完成；
软件回收相关资源并重复执行后续的写命令。
在一个实施例中，在软件收到中断后读取命令信息，并解析命令后发送给FTL步骤之后还包括：FTL将命令的逻辑地址映射成实际的物理地址。
具体地，可参考图5所示的固态硬盘的写性能提升实现方法的示意图，其具体流程如下：
步骤1.SSD内部生成Meta模板。
步骤2.Host发一个写命令给SSD。
步骤3.SSD的NVME HW收到写命令。
步骤4.NVME HW发送中断信息给软件。
步骤5.NVME HW同时接收Host要写的数据到Write Buffer中。
步骤6.软件收到中断，从NVME HW在读取命令信息。
步骤7.软件解析命令后，发送给FTL。
步骤8.FTL将命令的逻辑地址映射成实际的物理地址。
步骤9.FTL对笔数据使用任一Meta模板，并使用8bit记录该模板信息。
步骤10.FTL将写请求发给后端NFC模块。
步骤11.NFC模块收到写请求，发送NAND的Write page命令给NFC HW，请求写入数据。
步骤12.NFC HW从Write Buffer中拿取数据，根据软件填写的8bit模板信息生成32Byte数据到Meta Buffer中，并将数据一同写入到NAND。
步骤13.NFC HW写入完成后，通知NVME HW告诉HostWrite命令已完成，通知软件Write命令完成。
步骤14.软件回收相关资源。
步骤15.软件继续重复步骤2-14处理后续的Write命令。
在本实施例中，软件只需要在步骤1中配置模板信息，在关键步骤9中，软件只需要填写8bit模板信息，硬件就会生成32Byte数据，并且软件不需要将32Byte数据写入RAM中。因此，减少了软件生成Meta数据的时延及CPU对RAM的访问，进而提升了SSD写性能。
应该理解的是，虽然图1-5的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1-5中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图6所示，提供了一种固态硬盘的写性能提升实现装置600，该装置包括：
生成模块601，所述生成模块用于在固态硬盘内部生成Meta数据模板；
获取模块602，所述获取模块用于所述固态硬盘获取主机下发的写命令，发送中断信息给软件并接收所述主机待写入的数据保存到Write Buffer中；
解析模块603，所述解析模块用于软件收到中断后读取命令信息，并解析命令后发送给FTL；
记录模块604，所述记录模块用于FTL使用任一Meta数据模板并使用8bit记录Meta数据模板信息；
写请求模块605，所述写请求模块用于FTL将写请求发给后端NFC模块，所述NFC模块收到写请求后发送NAND的Write page命令给NFC HW请求写入数据；
写入模块606，所述写入模块用于NFC HW从Write Buffer中读取数据，根据所述软件填写的8bit模板信息生成32Byte数据到Meta Buffer中并将读取的数据一同写入到NAND中。
在一个实施例中，如图7所示，提供了一种固态硬盘的写性能提升实现装置600，该装置还包括回收模块607，用于：
待NFC HW写入完成后，分别通知主机写命令完成以及软件写命令完成；
软件回收相关资源并重复执行后续的写命令。
在一个实施例中，如图8所示，提供了一种固态硬盘的写性能提升实现装置600，该装置还包括映射模块608，用于：
FTL将所述命令的逻辑地址映射成实际的物理地址。
在一个实施例中，生成模块601还用于：
通过软件配置一组Meta数据模板以及对应的模板信息。
关于固态硬盘的写性能提升实现装置的具体限定可以参见上文中对于固态硬盘的写性能提升实现方法的限定，在此不再赘述。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，其内部结构图可以如图9所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器以及网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种固态硬盘的写性能提升实现方法。
本领域技术人员可以理解，图9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的限定，具体的计算机设备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。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，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，处理器执行计算机程序时实现以上各个方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以上各个方法实施例中的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例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，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种固态硬盘的写性能提升实现方法，所述方法包括：
在固态硬盘内部生成Meta数据模板；
所述固态硬盘获取主机下发的写命令，发送中断信息给软件并接收所述主机待写入的数据保存到Write Buffer中；
软件收到中断后读取命令信息，并解析命令后发送给FTL；
FTL使用任一Meta数据模板并使用8bit记录Meta数据模板信息；
FTL将写请求发给后端NFC模块，所述NFC模块收到写请求后发送NAND的Write page命令给NFC HW请求写入数据；
NFC HW从Write Buffer中读取数据，根据所述软件填写的8bit模板信息生成32Byte数据到Meta Buffer中并将读取的数据一同写入到NAND中。
2.根据权利要求1所述的固态硬盘的写性能提升实现方法，其特征在于，在所述根据所述软件填写的8bit模板信息生成32Byte数据到Meta Buffer中并将读取的数据一同写入到NAND中步骤之后还包括：
待NFC HW写入完成后，分别通知主机写命令完成以及软件写命令完成；
软件回收相关资源并重复执行后续的写命令。
3.根据权利要求2所述的固态硬盘的写性能提升实现方法，其特征在于，在所述软件收到中断后读取命令信息，并解析命令后发送给FTL步骤之后还包括：
FTL将所述命令的逻辑地址映射成实际的物理地址。
4.根据权利要求1-3任一项所述的固态硬盘的写性能提升实现方法，其特征在于，所述在固态硬盘内部生成Meta数据模板的步骤还包括：
通过软件配置一组Meta数据模板以及对应的模板信息。
5.一种固态硬盘的写性能提升实现装置，其特征在于，所述固态硬盘的写性能提升实现装置包括：
生成模块，所述生成模块用于在固态硬盘内部生成Meta数据模板；
获取模块，所述获取模块用于所述固态硬盘获取主机下发的写命令，发送中断信息给软件并接收所述主机待写入的数据保存到Write Buffer中；
解析模块，所述解析模块用于软件收到中断后读取命令信息，并解析命令后发送给FTL；
记录模块，所述记录模块用于FTL使用任一Meta数据模板并使用8bit记录Meta数据模板信息；
写请求模块，所述写请求模块用于FTL将写请求发给后端NFC模块，所述NFC模块收到写请求后发送NAND的Write page命令给NFC HW请求写入数据；
写入模块，所述写入模块用于NFC HW从Write Buffer中读取数据，根据所述软件填写的8bit模板信息生成32Byte数据到Meta Buffer中并将读取的数据一同写入到NAND中。
6.根据权利要求5所述的固态硬盘的写性能提升实现装置，其特征在于，所述装置还包括回收模块，所述回收模块用于：
待NFC HW写入完成后，分别通知主机写命令完成以及软件写命令完成；
软件回收相关资源并重复执行后续的写命令。
7.根据权利要求6所述的固态硬盘的写性能提升实现装置，其特征在于，所述装置还包括映射模块，所述映射模块用于：
FTL将所述命令的逻辑地址映射成实际的物理地址。
8.根据权利要求5-7任一项所述的固态硬盘的写性能提升实现装置，其特征在于，所述生成模块还用于：
通过软件配置一组Meta数据模板以及对应的模板信息。
9.一种计算机设备，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，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4中任一项所述方法的步骤。
10.一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，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述的方法的步骤。
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