CN115220967A - 固态硬盘内存容错性提升方法、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内存容错性提升方法、装置、计算机设备和存储介质，其中该方法包括：在用户使用的内存空间区域以外生成冗余内存阵列；判断用户内存空间存储单元在使用过程中是否发生失效；当固态硬盘固件感知到发生失效时，恢复现场并完成数据备份至所述冗余内存阵列的冗余内存存储单元；更新冗余内存存储单元至用户失效内存存储单元映射表并重建映射关系。本发明在内存空间容量足够的前提下，对关键性高、易失效的内存空间做冗余备份，并加入动态映射表管理算法。当这部分用户内存出现比特反转并且不可纠正时，会重新将冗余内存阵列的某个有效位置重新映射到用户内存的失效区域，从而大大提高了内存的容错性。

Description

固态硬盘内存容错性提升方法、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内存容错性提升方法、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。
目前，SSD固件通常需要搭载和配合大片内存区域运行，其中包括TCM，SRAM，DRAM等。这些内存空间通常会被用作运行代码、存放堆栈、存放变量、存放映射表等功能。不同的内存空间对于容错性的要求也不同，如由于TCM内存通常被用来存放和运行代码，因此对其容错性要求最高，否则TCM内存一旦出现比特反转而不可纠的错误时，就会导致固件程序奔溃，进而引发一系列不可挽回的严重后果。因此，在SSD固件设计和开发时需要重点关注并解决内存空间的容错性问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种固态硬盘内存容错性提升方法、装置、计算机设备和存储介质。
一种固态硬盘内存容错性提升方法，所述方法包括：
在用户使用的内存空间区域以外生成冗余内存阵列；
判断用户内存空间存储单元在使用过程中是否发生失效；
当固态硬盘固件感知到发生失效时，恢复现场并完成数据备份至所述冗余内存阵列的冗余内存存储单元；
更新冗余内存存储单元至用户失效内存存储单元映射表并重建映射关系。
在其中一个实施例中，所述在用户使用的内存空间区域以外生成冗余内存阵列的步骤还包括：
所述冗余内存阵列的寻址方式和用户内存空间保持一致，所述冗余内存阵列的大小根据整个SSD内存总量减去用户内存空间大小后得到的余量而定。
在其中一个实施例中，所述判断用户内存空间存储单元在使用过程中是否发生失效的步骤还包括：
判断用户内存空间存储单元在使用过程中是否发生比特反转错误且内存自带检错纠错算法无法完成将错误数据纠回。
在其中一个实施例中，在所述更新冗余内存存储单元至用户失效内存存储单元映射表并重建映射关系的步骤之后还包括：
后续访问用户失效内存存储单元的实际物理地址会通过映射表自动转换成冗余内存存储单元的物理地址。
一种固态硬盘内存容错性提升装置，所述固态硬盘内存容错性提升装置包括：
生成模块，所述生成模块用于在用户使用的内存空间区域以外生成冗余内存阵列；
判断模块，所述判断模块用于判断用户内存空间存储单元在使用过程中是否发生失效；
备份模块，所述备份模块用于当固态硬盘固件感知到发生失效时，恢复现场并完成数据备份至所述冗余内存阵列的冗余内存存储单元；
更新模块，所述更新模块用于更新冗余内存存储单元至用户失效内存存储单元映射表并重建映射关系。
在其中一个实施例中，所述生成模块还用于：
所述冗余内存阵列的寻址方式和用户内存空间保持一致，所述冗余内存阵列的大小根据整个SSD内存总量减去用户内存空间大小后得到的余量而定。
在其中一个实施例中，所述判断模块还用于：
判断用户内存空间存储单元在使用过程中是否发生比特反转错误且内存自带检错纠错算法无法完成将错误数据纠回。
在其中一个实施例中，所述装置还包括转换模块，所述转换模块用于：
后续访问用户失效内存存储单元的实际物理地址会通过映射表自动转换成冗余内存存储单元的物理地址。
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。
上述固态硬盘内存容错性提升方法、装置、计算机设备和存储介质通过在用户使用的内存空间区域以外生成冗余内存阵列；判断用户内存空间存储单元在使用过程中是否发生失效；当固态硬盘固件感知到发生失效时，恢复现场并完成数据备份至所述冗余内存阵列的冗余内存存储单元；更新冗余内存存储单元至用户失效内存存储单元映射表并重建映射关系。本发明在内存空间容量足够的前提下，对关键性高、易失效的内存空间做冗余备份，并加入动态映射表管理算法。当这部分用户内存出现比特反转并且不可纠正时，会重新将冗余内存阵列的某个有效位置重新映射到用户内存的失效区域，从而大大提高了内存的容错性。
附图说明
图1为现有技术中无冗余备份的内存空间示意图；
图2为一个实施例中固态硬盘内存容错性提升方法的流程示意图；
图3为另一个实施例中固态硬盘内存容错性提升方法的流程示意图；
图4为一个实施例中存在冗余备份的内存空间示意图；
图5为一个实施例中冗余内存空间到用户失效内存空间的重映射示意图；
图6为一个实施例中冗余内存空间到用户失效内存空间的映射表示意图；
图7为一个实施例中固态硬盘内存容错性提升装置的结构框图；
图8为另一个实施例中固态硬盘内存容错性提升装置的结构框图；
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，如图1所示，用户使用的内存空间通过行地址(row address)和列地址(column address)的方式进行寻址，完成读写操作。当没有内存冗余备份机制时，内存阵列中的某些存储单元(图中的(R2,C9)和(R5,C13))出现比特反转且不可纠正时，这些存储单元可能会永久失效，导致用户数据丢失、应用程序奔溃等严重问题。且这些存储单元对于用户而言在后续是无法使用的，更有甚者，由于固件程序通常采用地址对齐寻址的方式，所以一旦出现上述问题，通常会导致当前失效存储单元对应的一整行或者一整列其他有效的存储单元也无法使用的问题。
从图1中可以看出，目前的内存使用策略仅依赖内存自身的检错纠错机制，一旦存储单元出现不可纠错的情况，会导致该存储单元永久失效，且连带性的会导致和该失效存储单元在同一寻址路径上的其他有效存储单元也会一并失效的问题。
基于此，本发明提出了一种内存数据的映射表管理方案，旨在可以提高内存的容错性。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种固态硬盘内存容错性提升方法，该方法包括：
步骤202，在用户使用的内存空间区域以外生成冗余内存阵列；
步骤204，判断用户内存空间存储单元在使用过程中是否发生失效；
步骤206，当固态硬盘固件感知到发生失效时，恢复现场并完成数据备份至冗余内存阵列的冗余内存存储单元；
步骤208，更新冗余内存存储单元至用户失效内存存储单元映射表并重建映射关系。
在本实施例中，提供了一种固态硬盘内存容错性提升方法，该方法具体实施过程如下：
首先，在用户使用的内存空间区域以外生成冗余内存阵列。
在一个实施例中，在用户使用的内存空间区域以外生成冗余内存阵列的步骤还包括：冗余内存阵列的寻址方式和用户内存空间保持一致，冗余内存阵列的大小根据整个SSD内存总量减去用户内存空间大小后得到的余量而定。
具体地，参考图4所示，除了用户使用的内存空间区域以外，在内存总量充足的前提下，还生成了冗余内存阵列部分。冗余内存阵列的寻址方式和用户内存空间保持一致，冗余内存阵列的类型不做强制要求，可以是TCM，SRAM或者DRAM，冗余内存阵列的大小可以根据整个SSD内存总量减去用户内存空间大小后得到的余量而定。冗余内存空间越大，可以替代和保护的用户内存空间越多，全盘内存容错性越好。
然后，判断用户内存空间存储单元在使用过程中是否发生失效，当固态硬盘固件感知到发生失效时，恢复现场并完成数据备份至冗余内存阵列的冗余内存存储单元。更新冗余内存存储单元至用户失效内存存储单元映射表并重建映射关系。
具体地，参考图5所示，展示了冗余内存空间到用户失效内存空间的重映射过程。当用户内存空间的某个或者某些存储单元失效时，如图中的(R2,C9)和(R5,C13)，固件后台任务会及时做备份数据的替换，如图中的冗余内存存储单元(Ra,Ca)替换及映射到用户内存存储单元(R2,C9)，冗余内存存储单元(Rb,Cb)替换及映射到用户内存存储单元(R5,C13)，并重建冗余内存映射关系表。
在上述实施例中，通过在用户使用的内存空间区域以外生成冗余内存阵列；判断用户内存空间存储单元在使用过程中是否发生失效；当固态硬盘固件感知到发生失效时，恢复现场并完成数据备份至所述冗余内存阵列的冗余内存存储单元；更新冗余内存存储单元至用户失效内存存储单元映射表并重建映射关系。本发明在内存空间容量足够的前提下，对关键性高、易失效的内存空间做冗余备份，并加入动态映射表管理算法。当这部分用户内存出现比特反转并且不可纠正时，会重新将冗余内存阵列的某个有效位置重新映射到用户内存的失效区域，从而大大提高了内存的容错性。
在一个实施例中，如图3所示，提供了一种固态硬盘内存容错性提升方法，该方法还包括：
步骤302，判断用户内存空间存储单元在使用过程中是否发生比特反转错误且内存自带检错纠错算法无法完成将错误数据纠回；
步骤304，当固态硬盘固件感知到发生失效时，恢复现场并完成数据备份至所述冗余内存阵列的冗余内存存储单元；
步骤306，更新冗余内存存储单元至用户失效内存存储单元映射表并重建映射关系；
步骤308，后续访问用户失效内存存储单元的实际物理地址会通过映射表自动转换成冗余内存存储单元的物理地址。
本实施例中，提供了一种固态硬盘内存容错性提升方法，结合参考图4和图5，其具体流程如下：
步骤1.用户内存空间存储单元(R2,C9)在使用过程中失效，发生比特反转错误，且内存自带检错纠错算法无法完成将错误数据纠回。
步骤2.SSD固件在后台任务感知到这一任务时，恢复现场，完成数据备份至冗余数据存储单元(Ra,Ca)。
步骤3.更新冗余内存存储单元至用户失效内存存储单元mapping(映射)表，重建映射关系，具体地映射表如图6所示。
步骤4.后续访问用户失效内存存储单元(R2,C9)的实际物理地址会被自动转换成冗余内存存储单元(Ra,Ca)的物理地址。
步骤5.若发生新的用户内存存储单元失效问题，重复步骤1～4。
参考图6所示的冗余内存存储单元至用户失效存储单元的映射关系表，该映射表由SSD固件后台任务更新和维护。具体的示例如下：用户内存存储单元(R2,C9)失效后，固件将该存储单元地址重新映射至冗余内存存储单元(Ra,Ca)，用户后续访问和读写存储单元(R2,C9)的地址会通过映射表自动切换成存储单元(Ra,Ca)的地址。
应该理解的是，虽然图1-6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1-6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7所示，提供了一种固态硬盘内存容错性提升装置700，该装置包括：
生成模块701，所述生成模块用于在用户使用的内存空间区域以外生成冗余内存阵列；
判断模块702，所述判断模块用于判断用户内存空间存储单元在使用过程中是否发生失效；
备份模块703，所述备份模块用于当固态硬盘固件感知到发生失效时，恢复现场并完成数据备份至所述冗余内存阵列的冗余内存存储单元；
更新模块704，所述更新模块用于更新冗余内存存储单元至用户失效内存存储单元映射表并重建映射关系。
在一个实施例中，生成模块701还用于：
所述冗余内存阵列的寻址方式和用户内存空间保持一致，所述冗余内存阵列的大小根据整个SSD内存总量减去用户内存空间大小后得到的余量而定。
在一个实施例中，判断模块702还用于：
判断用户内存空间存储单元在使用过程中是否发生比特反转错误且内存自带检错纠错算法无法完成将错误数据纠回。
在一个实施例中，如图8所示，提供了一种固态硬盘内存容错性提升装置700，该装置还包括转换模块705，用于：
后续访问用户失效内存存储单元的实际物理地址会通过映射表自动转换成冗余内存存储单元的物理地址。
关于固态硬盘内存容错性提升装置的具体限定可以参见上文中对于固态硬盘内存容错性提升方法的限定，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内存容错性提升方法。
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)

1.一种固态硬盘内存容错性提升方法，所述方法包括：
在用户使用的内存空间区域以外生成冗余内存阵列；
判断用户内存空间存储单元在使用过程中是否发生失效；
当固态硬盘固件感知到发生失效时，恢复现场并完成数据备份至所述冗余内存阵列的冗余内存存储单元；
更新冗余内存存储单元至用户失效内存存储单元映射表并重建映射关系。
2.根据权利要求1所述的固态硬盘内存容错性提升方法，其特征在于，所述在用户使用的内存空间区域以外生成冗余内存阵列的步骤还包括：
所述冗余内存阵列的寻址方式和用户内存空间保持一致，所述冗余内存阵列的大小根据整个SSD内存总量减去用户内存空间大小后得到的余量而定。
3.根据权利要求2所述的固态硬盘内存容错性提升方法，其特征在于，所述判断用户内存空间存储单元在使用过程中是否发生失效的步骤还包括：
判断用户内存空间存储单元在使用过程中是否发生比特反转错误且内存自带检错纠错算法无法完成将错误数据纠回。
4.根据权利要求1-3任一项所述的固态硬盘内存容错性提升方法，其特征在于，在所述更新冗余内存存储单元至用户失效内存存储单元映射表并重建映射关系的步骤之后还包括：
后续访问用户失效内存存储单元的实际物理地址会通过映射表自动转换成冗余内存存储单元的物理地址。
5.一种固态硬盘内存容错性提升装置，其特征在于，所述固态硬盘内存容错性提升装置包括：
生成模块，所述生成模块用于在用户使用的内存空间区域以外生成冗余内存阵列；
判断模块，所述判断模块用于判断用户内存空间存储单元在使用过程中是否发生失效；
备份模块，所述备份模块用于当固态硬盘固件感知到发生失效时，恢复现场并完成数据备份至所述冗余内存阵列的冗余内存存储单元；
更新模块，所述更新模块用于更新冗余内存存储单元至用户失效内存存储单元映射表并重建映射关系。
6.根据权利要求5所述的固态硬盘内存容错性提升装置，其特征在于，所述生成模块还用于：
所述冗余内存阵列的寻址方式和用户内存空间保持一致，所述冗余内存阵列的大小根据整个SSD内存总量减去用户内存空间大小后得到的余量而定。
7.根据权利要求6所述的固态硬盘内存容错性提升装置，其特征在于，所述判断模块还用于：
判断用户内存空间存储单元在使用过程中是否发生比特反转错误且内存自带检错纠错算法无法完成将错误数据纠回。
8.根据权利要求5-7任一项所述的固态硬盘内存容错性提升装置，其特征在于，所述装置还包括转换模块，所述转换模块用于：
后续访问用户失效内存存储单元的实际物理地址会通过映射表自动转换成冗余内存存储单元的物理地址。
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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CN116166203A (zh) * 2023-04-19 2023-05-26 苏州浪潮智能科技有限公司 一种raid卡的命名空间管理方法、装置、设备及介质
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