DE112010005870B4 - Verfahren zur Freigabe nicht länger benötigter Speicherbereiche auf nichtflüchtigen Speichermedien - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Freigabe nicht länger benötigter Speicherbereiche auf einem nichtflüchtigen Speichermedium (SM), das über einen Hostbus (HB) an ein Hostsystem (HS) angeschlossen ist, in dessen Dateisystem (FS) Daten zur Freigabe gekennzeichnet sind, und im nichtflüchtigen Speichermedium (SM) die Daten von einem Speichermanagementprogramm in einem Speichercontroller (MC) in physikalischen Speicherblöcken (PB) mit jeweils einer Beschreibungsstruktur (DS) verwaltet werden und eine Zuordnung von logischen Datenblöcken (LB) zu physikalischen Speicherblöcken (PB) durch eine Zuordnungstabelle (AT) erfolgt, mit den Schritten:
- das Hostsystem (HS) informiert das Speichermanagementprograrnm über das mögliche Löschen von logischen Datenblöcken (LB) mittels eines TRIM-Kommandos (TR),
- das Speichermanagementprogramm bildet aus den zu den logischen Datenblöcken (LB) zugeordneten Speicherbereichen TRIM-Cluster (TC), die jeweils eine Untermenge eines Speicherblocks (PB) darstellen,
- und nimmt in die Beschreibungsstruktur (DS) der physikalischen Speicherblöcke (PB) eine TRIM-Maske (TM) mit Elementen zu den TRIM-Clustern (TC) des Speicherblocks (PB) auf, zu denen die Löschinformation des TRIM-Kommandos (TR) über die Zuordnungstabelle (AT) zugeordnet ist, wobei die Elemente der TRIM-Maske (TM) pro TRIM-Cluster (TC) ein TRIM-Bit (TB) enthalten, wobei über die Position des TRIM-Bits in der TRIM-Maske ein Zeiger auf den TRIM-Cluster (TP) identifiziert wird,
- und aktualisiert die TRIM-Masken (TM) fortlaufend in allen Aktualisierungsoperationen und Speicherbereinigungen der Speicherblöcke (PB).

Description

• Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Freigabe nicht länger benötigter Speicherbereiche auf einem nichtflüchtigen Speichermedium, das über einen Hostbus an ein Hostsystem angeschlossen ist, in dessen Dateisystem Daten zur Freigabe gekennzeichnet sind, und im nichtflüchtigen Speichermedium die Daten von einem Speichermanagementprogramm in einem Speichercontroller in physikalischen Speicherblöcken mit jeweils einer Beschreibungsstruktur verwaltet werden und eine Zuordnung von logischen Datenblöcken zu physikalischen Speicherblöcken durch eine Zuordnungstabelle erfolgt. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein solches Speichermanagementprogramm selbst, einen Speichercontroller mit einem solchen Speichermanagementprogram, sowie ein nichtflüchtiges Speichermedium mit einem solchen Speichercontroller.
• Die weit verbreiteten nichtflüchtigen Speichermedien (Flash-Speicher) sind HalbleiterSpeicher, die keine Spannungsquelle benötigen, um ihre Information zu behalten. Flash-Speicher finden ihre Anwendung als Speicherkarten für Digital-Kameras, Mobiltelefone, PDAs und Multi-Media Abspielgeräte. Darüber hinaus werden sie heute zunehmend in Computersystemen als Massenspeichermedien eingesetzt, insbesondere in Form sogenannter Solid State Drives (SSD), die sich gegenüber dem Computersystem wie die herkömmlichen magnetischen Festplatten verhalten und vom Betriebssystem des Computers angesprochen werden können. Im Inneren besteht das SSD im Wesentlichen aus einem Speichercontroller und einer von der Speichergröße abhängigen Anzahl aus Flash-Speicherelementen. Der Speichercontroller steuert, wie die Daten aus den Zellen der Flash-Speicherelemente gelesen bzw. geschrieben werden,
  und verwaltet die Flash-Speicherzellen. Dabei werden die Flash-Speicherzellen in Speicherblöcke und diese wiederum in Pages organisiert, wobei es Pages mit einer Größe von 4 KB gibt, die einzeln gelesen und geschrieben werden können, und Speicherblöcke mit einer Größe zwischen 128 KB und 512 KB, die gelöscht werden können. Die Flash-Speicher besitzen die technisch bedingte Eigenschaft, dass Informationen nur Page-weise in vorher gelöschte Pages geschrieben werden können.
  Das Löschen erfolgt jeweils für einen ganzen Speicherblock für alle Pages gemeinsam.
• Betriebssysteme löschen nicht den Dateiinhalt einer gelöschten Datei selbst, sondern entfernen lediglich den Eintrag der Datei im Inhaltsverzeichnis des Dateisystems. Das beschleunigt den Löschvorgang, wodurch große Datenmengen sehr schnell gelöscht werden können, ermöglicht aber auch eine Wiederherstellung der gelöschten Datei. Bisher war es so, dass der Speichercontroller des SSD keine Information über derart gelöschte oder anderweitig freigewordene Speicherbereiche, die nicht mehr vom Dateisystem benutzt werden, erhalten hat. Dadurch müssen bei jeder Aktualisierung oder Speicherbereinigung der Speicherblöcke die von den Inhalten der eigentlich gelöschten Dateifragmente belegten Pages weiterhin mitgeschrieben werden, auch wenn die Daten nie wieder vom Computersystem verwendet werden. Um dieser Situation abzuhelfen, kann das Betriebssystem durch das neue TRIM-Kommando, das als Teil des ATA-Standards durch das Standardisierungsgremium T13 Technical Committee des INCITS im Rahmen der ATA8-ACS-2 Spezifikation standardisiert ist (http://t13.org/Documents/MinutesDefaultaspx?keyword=TRIM), dem SSD beim Löschen von Dateien mitteilen, dass es die davon belegten Speicherbereiche als ungültig markieren kann, anstelle deren Daten weiter vorzuhalten. Die Inhalte werden mit mehr weiter mitgeschrieben, wodurch die Schreibzugriffe auf das Laufwerk beschleunigt und zudem die Abnutzungseffekte der Flash-Speicher verringert werden. Die ungültig markierten Speicherblöcke werden dann beim nächsten Löschen ihres Speicherblocks frei. Beispielsweise unterstützen derzeit die Betriebssysteme Windows 7, Windows Server 2008 R2 und Linux ab Version 2.6.33 das TRIM-Kommando.
• Das TRIM-Kommando selbst ist nicht für das Löschen der Flash-Speicherzellen verantwortlich, sondern übermittelt lediglich einen zusätzlichen Status über die Nutzung der Speicherblöcke. Die Verwaltung der Speicherblöcke erfolgt dann über den Speichercontroller über die entsprechenden Garbage-Collection- bzw. Wear-Leveling-Algorithmen direkt durch das Speichermedium. Die Funktionsweise des TRIM.Kommandos ist beispielsweise in den Dokumenten „From write() down to the flash chips“ von Louis Gerbarg (http://www.devwhy.com/blog/2009/8/4/from-write-down-to-the-flash-chips.html) beschrieben.
• In der Patentschrift US 2009/0010066 A1 ist ein Flash-Speicherelement beschrieben, das ein Speicherzellenfeld „Trim Information Area“ umfasst, in dem Daten- und Ordnungs-Informationen gespeichert sind, die für die Steuerung der Programmierung, das Löschen und die Lesemodi des Speicherelementes genutzt werden. Im Betrieb liest eine Steuerlogik beim Einschalten des Speicherelementes die Trim-Informationen aus dem Speicherzellenfeld ein, und optimiert mittels der dort hinterlegten Betriebszeiträume die Programmierung, das Löschen und die Lese-Modi des Speicherelementes. Dabei basieren die Trim-Informationen auf eigener Intelligenz der Steuerlogik des internen Speichercontrollers und werden nicht mittels eines TRIM-Kommandos dem Speicherelement von außen durch ein Hostsystem mitgeteilt.
• In der internationalen Patentanmeldung WO 2008/154216 A1 ist ein Verfahren zum Übertragen von Daten zwischen einem Host-System und einem umprogrammierbaren, nichtflüchtigen Massenspeichersystem beschrieben, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen von Daten, die mit logischen Host-Blockadressen (LBA) assoziiert sind, von dem Host-System in dem Massenspeichersystem; Zuteilen eines Blocks zusammenhängender Speicher-LBA-Adressen zum Adressieren der Daten, die mit den Host-LBA-Adressen assoziiert sind, wobei der Block zusammenhängender Speicher-LBA-Adressen nach der Zuteilung nur unbeschriebenen Speicherraum adressiert; und neues Zuordnen jeder der Host-LBA-Adressen für die empfangenen Daten in den Block zusammenhängender Speicher-LBA-Adressen, wobei jede Speicher-LBA-Adresse in zusammenhängender Form den empfangenen Daten in einer Reihenfolge, in der die empfangenen Daten empfangen werden, ungeachtet der Host-LBA-Adresse sequentiell zugewiesen wird.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und Vorrichtungen zu offenbaren, die es erlauben, die Informationen des TRIM-Kommandos welche Daten nicht mehr benötigt werden, vererbbar durch eine Vielzahl von physikalischen Speicherblock Generationen zu machen und diese Informationen auch nach dem Schreiben von Daten in diesen Speicherblock verfügbar zu halten.
• Diese Aufgabe wird durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
• Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht ein nichtflüchtiges Speichermedium vor, das über einen Hostbus mit einem Hostsystem verbunden ist. Ein solches Speichermedium ist in der Regel mit einem S-ATA- bzw. ATA-Interface ausgestattet, so dass es als Flash-Laufwerk vorwiegend in mobilen Computersystemen eingesetzt werden kann. Auf diesem Interface wird ein ATA-basierendes Software-Protokoll für den Datentransfer zwischen dem Speichermedium bzw. Laufwerk und dem Hostsystem bzw. Computer eingesetzt. Dadurch kann das Dateisystem des Hostsystems über den Hostbus mit dem Speichermedium wie mit einer herkömmlichen magnetischen Festplatte kommunizieren und mittels ATA-Kommandos ansprechen. Mit der aktuellen Erweiterung des ATA-Standards ist es nun möglich, dass das Hostsystem dem Speichermedium mittels des TRIM-Kommandos mitteilen kann, welche Dateien im Dateisystem vom Benutzer gelöscht wurden und damit nicht mehr benötigt werden.
• Das Speichermedium umfasst im Wesentlichen einen Speichercontroller und eine Vielzahl von Flash-Speicherelementen, die von der Speichergröße des Speichermediums abhängt. Dabei verwaltet ein Speichermanagementprogramm in dem Speichercontroller die physikalischen Speicherblöcke der Flash-Speicherelemente mit jeweils einer Beschreibungsstruktur im Speicherblock. In jedem der Speicherblöcke selbst ist wiederum eine Vielzahl von Pages organisiert, die einzeln gelesen und geschrieben werden. Das Löschen hingegen erfolgt technisch bedingt jeweils für einen ganzen Speicherblock. Nach der Initialisierung des Speichermediums kann der Speichercontroller mit vollem Tempo in freie Blöcke schreiben. Mit zunehmender Nutzungsdauer des Speichermediums schwinden jedoch die verfügbaren freien Blöcke. Der Speichercontroller muss dann immer öfter vor jedem Schreibvorgang Speicherblöcke einlesen und prüfen, ob die Daten noch in Gebrauch sind, bevor er sie löschen kann, was zusätzliche Zeit kostet und die Anzahl freier Speicherblöcke reduziert.
• Das TRIM-Kommando übernimmt diese Aufgabe im Vorfeld der Schreibvorgänge und teilt dem Speichermedium ungenutzte oder ungültige Datenblöcke mit, die zum Zweck der späteren Wiederbeschreibung markiert werden können. Dabei setzt der Speichercontroller die im TRIM-Kommando mitgeteilten logischen Datenblöcke durch eine Zuordnungstabelle in die physikalischen Speicherblöcke des Speichermediums um. Besonders vorteilhaft werden dabei TRIM-Cluster gebildet, die eine Untermenge eines Speicherblockes darstellen. Ein TRIM-Cluster umfasst eine oder mehrere Pages, bei einer derzeit aktuellen Speicherblockgröße von 64 oder 128 Pages sind dies 2 oder 4 Pages pro TRIM-Cluster. Dadurch ist ein physikalischer Speicherblock in mehrere TRIM-Cluster unterteilt. Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung definiert eine TRIM-Maske mit Elementen zu den TRIM-Clustern des Speicherblocks und speichert die TRIM-Maske innerhalb der jeweiligen Beschreibungsstruktur des Speicherblocks.
  Durch den Speichercontroller werden die Löschinformationen des TRIM-Kommandos über die Zuordnungstabelle in die Elemente der TRIM-Maske umgesetzt, wobei die TRIM-Maske pro TRIM-Cluster ein TRIM-Bit enthält. Die Position des TRIM-Bits in der TRIM-Maske definiert implizit einen Zeiger auf den TRIM-Cluster. Wie viele Pages zu einem TRIM-Cluster gehören, hängt von der Anzahl Pages pro Speicherblock und der Länge in Bits der TRIM-Maske ab. Vorteilhaft wird dadurch die ganze Löschinformation des TRIM-Kommandos verdichtet, umgesetzt in Speicherblock basierende Informationen und für alle Löschelemente des TRIM-Kommandos sich vererbend in die Beschreibungsstruktur des Speicherblocks geschrieben. Zusätzlich wird eine Protokolldatei auf dem Flash-Speichermedium mitgeschrieben, die die vom TRIM-Kommando erhaltenen Informationen verfolgt und dauerhaft für den Einsatz nach einem möglichen unerwarteten Abschaltvorgang bereitstellt.
• Die TRIM-Masken werden fortlaufend in allen Aktualisierungsoperationen und Speicherbereinigungsoperationen der Speicherblöcke aktualisiert. So wird nach dem Empfang des TRIM-Kommandos, das eine Liste mit logischen Datenblöcken enthält, für alle umgesetzten TRIM-Cluster das jeweilige TRIM-Bit auf 1 gesetzt. Bei einer Aktualisierung der Daten im Speicherblock werden die entsprechenden TRIM-Bits bei dem TRIM-Cluster gelöscht, in dem die neuen Daten geschrieben wurden. Dadurch wird der Inhalt bereits aktualisierter Pages permanent gemacht. Besonders vorteilhaft sieht die Erfindung vor, dass bei einer Speicherbereinigung nur die Pages eines alten Speicherblocks in einen neuen physikalischen Speicherblock kopiert werden, deren TRIM-Bit in der TRIM-Maske auf 0 gesetzt ist. Hingegen werden Pages eines TRIM-Clusters, deren entsprechendes TRIM-Bit auf 1 gesetzt ist, nicht in den neuen Speicherblock übertragen. Nach dem Löschen des alten Speicherblockes, beispielsweise über einen Garbage-Collection- oder Wear-Leveling-Algorithmus, sind diese Pages für eine Wiederbeschreibung frei. Vorteilhaft werden dadurch alle unnötigen Page Programmierungen vermieden, wodurch die Lebensdauer und Schreibgeschwindigkeit der Flash-Speicherelemente erhöht wird.
• Zum Produktionszeitpunkt werden bei der Initialisierung des Flash-Speichermediums alle TRIM-Bits in allen für Nutzerdaten vorgesehenen Speicherblöcken auf 1 gesetzt.
• Die Ausgestaltung der Erfindung wird anhand der Figuren beispielhaft erläutert.
• 1 zeigt ein Blockdiagramm des mit einem Hostsystem verbundenen Speichermediums
• 2 zeigt ein Blockdiagramm der Struktur des TRIM-Kommandos
• 3 zeigt ein Blockdiagramm der Umsetzung der Löschinformation des TRIM-Kommandos
• 4 zeigt ein Blockdiagramm der Organisation der physikalischen Speicherblöcke
• 5 zeigt ein Blockdiagramm der Struktur der TRIM-Maske
• 6 zeigt ein Flussdiagramm zur Bearbeitung des TRIM-Kommandos
• 7 zeigt ein Flussdiagramm zur Bearbeitung der Daten-Aktualisierung
• 1 zeigt eine Übersicht eines mit einem Hostsystem HS verbunden nichtflüchtigen Speichermediums SM, die über einen Hostbus HB miteinander verbunden sind. Über den Hostbus HB kommuniziert das Dateisystem FS des Hostsystems HS mit dem Speichercontroller MC im Speichermedium SM, wobei mittels des TRIM-Kommandos TR dem Speichermedium SM mitgeteilt wird, welche Daten nicht mehr benötigt werden. Der Speichercontroller MC kann dann auf Basis der erhaltenen Informationen die freigewordenen Flash-Speicherzellen in den Speicherelementen FM zurücksetzen und damit den Schreibvorgang für neue Daten beschleunigen.
• In 2 ist die Struktur des TRIM-Kommandos TR gezeigt, wie er in der derzeit aktuellen ATA8-ACS-2 Spezifikation beschrieben ist. Derzeit ist lediglich das TRIM-Feature (Bit 0) im Request Command spezifiziert. Der TRIM Request Data Bereich enthält einen oder mehrere logische Datenblöcke als Entry Einträge in einer Liste, jeweils eine logische Blockadresse LBA und eine Bereichslänge umfassend. Die Datenblöcke können sich überlappen und sie müssen nicht sortiert sein.
• In 3 ist die Umsetzung der Löschinformationen des TRIM-Kommandos TR in die physikalische Speicherblockstruktur des Speichermediums SM durch den Speichercontroller MC dargestellt. Oberhalb der Doppelpfeile ist die logische Ebene LL des Dateisystems auf dem Hostsystem HS dargestellt. Unterhalb der Doppelpfeile ist physikalische Ebene PL des Speichercontrollers MC auf dem Speichermedium SM gezeigt.
• Eine Datei des Dateisystems FS ist dabei in einem oder mehreren logischen Blöcken LB0..x organisiert, die jeweils durch eine logische Blockadresse LBA0..x adressiert werden. Beim Löschen einer Datei durch das Dateisystem wird im TRIM-Kommando TR eine Liste mit Entry Einträgen EN0..x der logischen Datenblöcke LB0..x übertragen, die die Daten der Datei beinhalten die nun nicht mehr benötigt werden. Über die Zuordnungstabelle AT werden vom Speichermanagementprogramm des Speichercontrollers MC die logischen Datenblöcke LB0..x in die physikalische Speicherblöcke PB0..n umgesetzt, die jeweils durch eine physikalische Blockadresse PBA0..n adressiert werden. Dabei umfasst ein physikalischer Speicherblock PB0..n eine oder mehrere Pages PG0..y, die wiederum vorteilhaft zu einem oder mehreren TRIM-Clustern TC0.1 mit jeweils 2 oder 4 Pages PG0..y zusammengefasst werden. Für jeden TRIM-Cluster TC0..i ist ein assoziiertes TRIM-Bit in der TRIM-Maske hinterlegt, wobei über die Position des TRIM-Bits die Zeiger auf die TRIM-Cluster TP0..i identifiziert werden.
• 4 zeigt eine Übersicht der Organisation der physikalischen Speicherblöcke PB0..n innerhalb des Speichermediums SM. Dabei enthält das Speichermedium SM einen oder mehrere physikalische Speicherblöcke PB0..n, die über eine physikalische Blockadresse PBA0..n adressiert werden. In jedem der Speicherblöcke PB0..n sind wiederum mehrere Pages PG0..y organisiert, die einzeln gelesen und geschrieben werden können.
• Zu jedem Speicherblock PB0..n gehört eine Beschreibungsstruktur DS, in der das Speichermanagement des Speichercontrollers MC seine Daten zum Verwalten der Pages PG0..y speichert, wie beispielsweise die Zuordnungstabelle AT. Die jeweilige Beschreibungsstruktur DS der physikalischen Speicherblöcke PB0..n umfasst auch die erfinderische TRIM-Maske TM, die TRIM-Bits TB0..i und damit Zeiger auf TRIM-Cluster TP0..i enthält. Dabei ist der jeweilige physikalische Speicherblock PB0..n in mehrere TRIM-Cluster TC0..i unterteilt, wobei ein TRIM-Cluster TC0..i eine oder mehrere Pages PG0..y umfasst, die Daten bzw. Datenfragmente der zu löschenden Datei des Hostsystems HS enthalten. Die Beschreibungsstruktur DS ist vorteilhaft als Teil der Adresszuordnungstabelle AT angeordnet.
• In 5 ist eine Ausführungsform der erfinderischen TRIM-Maske TM gezeigt. Die TRIM-Maske TM enthält pro TRIM-Cluster TC0.1 ein TRIM-Bit TB0..i. Die TRIM-Cluster TC0.1 werden über die Position des TRIM-Bits TB0.1 in der TRIM-Maske TM identifiziert. Die Anzahl der zu einem TRIM-Cluster TC0.1 gehörenden Pages hängt von der Anzahl Pages pro Speicherblock PB0..n und der Länge in Bits der TRIM-Maske TM ab. Hieraus folgend definiert sich der Zeiger auf den assoziierten TRIM-Cluster TP0..i.
• Ein auf 1 gesetztes TRIM-Bit TB0..i zeigt an, dass die Pages PG0..y des zugehörigen TRIM-Cluster TC0..i beim nächsten Speicherbereinigungsvorgang des physikalischen Speicherblocks PB0..n nicht übertragen werden und folglich gelöscht werden bzw. zum Löschen freigegeben werden. Ein auf 0 gesetztes TRIM-Bit TB0..i hingegen veranlasst ein Kopieren der Pages PG0..y des zugehörigen Speicherblockes PB0..n.
• In 6 ist der Ablauf der TRIM-Operation zur Bearbeitung des TRIM-Kommandos TR im Speichercontroller MC des Speichermediums SM dargestellt. Nach dem Empfangen des ATA-Kommandos „TRIM“ vom Hostsystem werden die Informationen des ATA-Kommandos eingelesen. Zuerst wird geprüft, ob im Feature Element das Bit 0 auf 1 gesetzt ist, wodurch die Verwendung dieses ATA-Kommandos als TRIM-Kommando festgelegt ist.
• Falls ein TRIM-Kommando gesendet ist, werden alle in der Entry-Liste des TRIM-Kommandos enthaltenen logischen Blockadressen und die jeweiligen Bereichslängen umgesetzt in Speicherblock basierende TRIM-Masken Informationen. Falls darin wenigstens ein kompletter TRIM-Cluster enthalten ist, wird dieser TRIM-Cluster in die TRIM-Maske der Beschreibungsstruktur des physikalischen Speicherblocks geschrieben, indem das assoziierte TRIM-Bit des TRIM-Clusters in der TRIM-Maske gesetzt wird.
• In 7 ist der Ablauf der Daten-Aktualisierung in den physikalischen Speicherblöcken PB0..n gezeigt. Hierfür wird zuerst ein frisch gelöschter Pufferblock für die Verwendung reserviert. Danach wird die Beschreibungsstruktur des zu aktualisierenden Speicherblocks eingelesen. Die neuen Daten der Daten-Aktualisierung werden in den Pufferblock geschrieben, wobei die entsprechenden TRIM-Bits bei dem TRIM-Cluster gelöscht werden, in dem neue Daten geschrieben wurden.
• Falls im späteren Verlauf der Daten-Aktualisierung der Pufferblock aufgelöst wird, werden alle Pages, bei denen kein entsprechendes TRIM-Bit in der TRIM-Maske gesetzt ist und die mit neuen Daten aktualisiert sind, in einen neuen physikalischen Speicherblock kopiert. Hingegen werden alle anderen Pages, bei denen ein entsprechendes TRIM-Bit gesetzt ist, nicht in den neuen Speicherblock übertragen. Anschließend erfolgt die Freigabe des alten Speicherblocks zum Löschen.
• Bezugszeichenliste

AT

Zuordnungstabelle

DS

Beschreibungsstruktur des Speicherblocks

EN

Entry

EN0..x

Entry 0 bis x

FM

Flash-Speicherelemente

FS

Dateisystem

HB

Hostbus

HS

Hostsystem

LB

Logischer Datenblock

LB0..x

Logischer Datenblock 0 bis x

LBA

Logisch Blockadresse

LBA0..x

Logische Blockadresse 0 bis x

LL

Logische Ebene

MC

Speichercontroller

PB

Physikalischer Speicherblock

PB0..n

Physikalischer Speicherblock 0 bis n

PBA

Physikalische Blockadresse

PBA0..n

Physikalische Blockadresse 0 bis n

PG

Page

PG0..y

Page 0 bis y

PL

Physikalische Ebene

SM

Speichermedium

TB

TRIM-Bit für TRIM-Cluster

TB0..i

TRIM-Bit für TRIM-Cluster 0 bis i

TC

TRIM-Cluster

TC0..i

TRIM-Cluster 0 bis i

TCS

Satz von TRIM-Clustern

TM

TRIM-Maske

TP

Zeiger auf TRIM-Cluster

TP0..i

Zeiger auf TRIM-Cluster 0 bis i

TR

TRIM-Kommando

Claims (17)

1. Verfahren zur Freigabe nicht länger benötigter Speicherbereiche auf einem nichtflüchtigen Speichermedium (SM), das über einen Hostbus (HB) an ein Hostsystem (HS) angeschlossen ist, in dessen Dateisystem (FS) Daten zur Freigabe gekennzeichnet sind, und im nichtflüchtigen Speichermedium (SM) die Daten von einem Speichermanagementprogramm in einem Speichercontroller (MC) in physikalischen Speicherblöcken (PB) mit jeweils einer Beschreibungsstruktur (DS) verwaltet werden und eine Zuordnung von logischen Datenblöcken (LB) zu physikalischen Speicherblöcken (PB) durch eine Zuordnungstabelle (AT) erfolgt, mit den Schritten: - das Hostsystem (HS) informiert das Speichermanagementprograrnm über das mögliche Löschen von logischen Datenblöcken (LB) mittels eines TRIM-Kommandos (TR), - das Speichermanagementprogramm bildet aus den zu den logischen Datenblöcken (LB) zugeordneten Speicherbereichen TRIM-Cluster (TC), die jeweils eine Untermenge eines Speicherblocks (PB) darstellen, - und nimmt in die Beschreibungsstruktur (DS) der physikalischen Speicherblöcke (PB) eine TRIM-Maske (TM) mit Elementen zu den TRIM-Clustern (TC) des Speicherblocks (PB) auf, zu denen die Löschinformation des TRIM-Kommandos (TR) über die Zuordnungstabelle (AT) zugeordnet ist, wobei die Elemente der TRIM-Maske (TM) pro TRIM-Cluster (TC) ein TRIM-Bit (TB) enthalten, wobei über die Position des TRIM-Bits in der TRIM-Maske ein Zeiger auf den TRIM-Cluster (TP) identifiziert wird, - und aktualisiert die TRIM-Masken (TM) fortlaufend in allen Aktualisierungsoperationen und Speicherbereinigungen der Speicherblöcke (PB).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherbereiche des physikalischen Datenblocks (PB) Pages (PG) sind.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Pages (PG) zu einem TRIM-Cluster (TC) gruppiert sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen des TRIM-Kommandos (TR) eine Liste von einem oder mehreren logischen Blockadressen (LBA) umfasst, die über die Zuordnungstabelle (AT) zu TRIM-Clustern (TC) zugeordnet werden, und für den jeweiligen TRIM-Cluster (TC) das zugehörige TRIM-Bit (TB) auf 1 gesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Aktualisierung der Daten des Speicherblocks (PB) die TRIM-Bits (TB) für den jeweils geänderten TRIM-Cluster (TC) auf 0 gelöscht werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Speicherbereinigung des Speicherblocks (PB) nur die Pages (PG) eines alten Speicherblocks (PB) in einen neuen Speicherblock kopiert werden, deren TRIM-Bit (TB) in der TRIM-Maske (TM) auf 0 gesetzt sind.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Initialisierung des Flash-Speichermediums (SM) alle TRIM-Bits (TB) in allen für Nutzerdaten vorgesehenen Speicherblöcken (PB) auf 1 gesetzt werden.
8. Speichermanagementprogramm für einen Speichercontroller (MC) zur Steuerung eines nichtflüchtigen Speichermediums (SM), wobei im Speichermedium (SM) die Daten von dem Speichermanagementprogramm im Speichercontroller (MC) in physikalischen Speicherblöcken (PB) mit jeweils einer Beschreibungsstruktur (DS) verwaltet werden und eine Zuordnung von logischen Datenblöcken (LB) zu physikalischen Speicherblöcken (PB) durch eine Zuordnungstabelle (AT) erfolgt, wobei das Speichermanagementprogramm konfiguriert ist, den Speichercontroller (MC) zu veranlassen, die folgenden Schritte zur Freigabe nicht länger benötigter Speicherbereiche auf dem nichtflüchtigen Speichermedium (SM) auszuführen, wenn dieses über einen Hostbus (HB) an ein Hostsystem (HS) angeschlossen ist, in dessen Dateisystem (FS) Daten zur Freigabe gekennzeichnet sind: - Empfangen, von dem Hostsystem (HS), von Informationen über das mögliche Löschen von logischen Datenblöcken (LB) mittels eines TRIM-Kommandos (TR), - Bilden von TRIM-Clustern (TC) aus den zu den logischen Datenblöcken (LB) zugeordneten Speicherbereichen, wobei die TRIM-Cluster jeweils eine Untermenge eines Speicherblocks (PB) darstellen, - Aufnehmen einer TRIM-Maske (TM) mit Elementen zu den TRIM-Clustern (TC) des Speicherblocks (PB) in die Beschreibungsstruktur (DS) der physikalischen Speicherblöcke (PB), zu denen die Löschinformation des TRIM-Kommandos (TR) über die Zuordnungstabelle (AT) zugeordnet ist, wobei die Elemente der TRIM-Maske (TM) pro TRIM-Cluster (TC) ein TRIM-Bit (TB) enthalten, wobei über die Position des TRIM-Bits in der TRIM-Maske ein Zeiger auf den TRIM-Cluster (TP) identifiziert wird, und - Aktualisieren der TRIM-Masken (TM) fortlaufend in allen Aktualisierungsoperationen und Speicherbereinigungen der Speicherblöcke (PB).
9. Speichermanagementprogramm nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherbereiche des physikalischen Datenblocks (PB) Pages (PG) sind.
10. Speichermanagementprogramm nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermanagementprogramm des Weiteren konfiguriert ist, den Speichercontroller (MC) zu veranlassen, eine oder mehrere Pages (PG) zu einem TRIM-Cluster (TC) zu gruppieren.
11. Speichermanagementprogramm nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermanagementprogramm des Weiteren konfiguriert ist, den Speichercontroller (MC) zu veranlassen, die Elemente der TRIM-Maske (TM) so zu festzulegen, dass sie pro TRIM-Cluster (TC) ein TRIM-Bit (TB) enthalten, und über die Position des TRIM-Bits in der TRIM-Maske ein Zeiger auf den TRIM-Cluster (TP) zu identifizieren.
12. Speichermanagementprogramm nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, die Informationen des TRIM-Kommandos (TR) eine Liste von einem oder mehreren logischen Blockadressen (LBA) umfasst, die über die Zuordnungstabelle (AT) zu TRIM-Clustern (TC) zugeordnet werden, und dass das Speichermanagementprogramm des Weiteren konfiguriert ist, den Speichercontroller (MC) zu veranlassen, für den jeweiligen TRIM-Cluster (TC) das zugehörige TRIM-Bit (TB) auf 1 zu setzen.
13. Speichermanagementprogramm nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermanagementprogramm des Weiteren konfiguriert ist, den Speichercontroller (MC) zu veranlassen, bei einer Aktualisierung der Daten des Speicherblocks (PB) die TRIM-Bits (TB) für den jeweils geänderten TRIM-Cluster (TC) auf 0 zu löschen.
14. Speichermanagementprogramm nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermanagementprogramm des Weiteren konfiguriert ist, den Speichercontroller (MC) zu veranlassen, bei einer Speicherbereinigung des Speicherblocks (PB) nur die Pages (PG) eines alten Speicherblocks (PB) in einen neuen Speicherblock zu kopieren, deren TRIM- Bit (TB) in der TRIM-Maske (TM) auf 0 gesetzt sind.
15. Speichermanagementprogramm nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermanagementprogramm des Weiteren konfiguriert ist, den Speichercontroller (MC) zu veranlassen, bei der Initialisierung des Flash-Speichermediums (SM) alle TRIM-Bits (TB) in allen für Nutzerdaten vorgesehenen Speicherblöcken (PB) auf 1 zu setzen.
16. Speichercontroller (MC) mit einem Speichermanagementprogramm gemäß einem der Ansprüche 8 bis 15.
17. Nichtflüchtiges Speichermedium (SM) mit einem Speichercontroller (MC) gemäß Anspruch 16.

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