JP5611597B2 - 空データトークン指令を用いてストレージデバイス中のデータを管理するための装置、システム及び方法 - Google Patents

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ザッペ，マイケル
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Description

関連出願の相互引用
この出願は、Ｄａｖｉｄ Ｆｌｙｎｎらによって２００６年１２月６日出願の“Ｅｌｅｍｅｎｔａｌ Ｂｌａｄｅ Ｓｙｓｔｅｍ”と題された米国仮出願第６０／８７３，１１１号、及び、Ｄａｖｉｄ Ｆｌｙｎｎらによって２００７年９月２２日出願の“Ａｐｐａｒａｔｕｓ， Ｓｙｓｔｅｍ， ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｏｂｊｅｃｔ−Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｓｔｏｒａｇｅ”と題された米国仮出願第６０／９７４，４７０号の優先権を主張し、上記仮出願は、引用によって本明細書に組み込まれている。
本発明は、データストレージデバイス中のデータを管理することに関し、特に、空データセグメント指令を用いてストレージデバイス中のデータを管理することに関する。
一般的に、データがもはや有用ではない場合、消去することができる。多くのファイルシステムにおいて、消去コマンドは、ファイルシステム中のディレクトリエントリを削除するが、データを含有しているストレージデバイス中の定位置にデータを残す。一般的に、データストレージデバイスは、このタイプの消去動作には関与しない。データを消去する別の方法は、ゼロ、１、または、その他のヌルデータキャラクタを、データストレージデバイスに書き込み、実際に消去されたファイルを置換することである。しかしながら、そのデータを送信することが上書きされることであり、有用なバンド幅が用いられてしまうために非効率的である。更に、無効データを上書きするのに用いられるデータによって、ストレージデバイス内の空き領域が取られる。
ここに記載されているソリッドステートストレージデバイス１０２のような、いくつかのストレージデバイスにおいて、以前に記憶されていたデータを更新することが、既存のデータを上書きしない。このようなデバイスに１の記号列またはゼロの記号列でデータを上書きする試みは、既存のデータを上書きする所望の意図を満たすことなく、有用な空き領域を占有するだけである。ソリッドステートストレージデバイス１０２のようなデバイスに対し、クライアント１１４は一般的に、データを上書きし、データを消去する能力を有していない。
反復したキャラクタ列またはキャラクタ列を受信したとき、受信データは、高度に圧縮可能であるが、一般的に圧縮は、ストレージデバイスに送信する前にファイルシステムによってなされる。一般的なストレージデバイスは、圧縮データと非圧縮データとを区別することができない。更に、ストレージデバイスは、消去されるファイルを読み出すコマンドを受信してから、ストレージデバイスは要求デバイスにゼロ、１またはヌルキャラクタの記号列を送信できる。更に、消去ファイルを表すデータを送信するためのバンド幅が必要となる。
上述した説明から、ストレージデバイスが、空データセグメント、または、反復したキャラクタ若しくはキャラクタ列を有するデータ、を表すデータセグメントトークンを記憶することができるように、データを消去する指令を受信するストレージデバイス用の装置、システムおよび方法に対するニーズが存在することは明らかである。その装置、システムおよび方法は更に、既存のデータを消去することができ、結果として用いられるストレージ空き領域は、小さなデータセグメントトークンを含んでいる。従来技術の欠陥の一部又は総てを解決する装置、システムおよび方法が提供される。
本発明は、当分野の現状に応じて開発され、特に、現在利用可能なデータ管理システムによって完全に解決されていない当分野の問題およびニーズに対応している。従って、本発明は、上述した当分野の問題点の多くまたは総てを克服するデータを管理するための装置、システムおよび方法を提供するために開発されている。
データを管理するための装置は、書き込み要求受信モジュールとデータセグメントトークンストレージモジュールとを含む複数のモジュールを提供している。書き込み要求受信モジュールは、要求デバイスからストレージ要求を受信する。ストレージ要求は、ストレージデバイスにデータセグメントを記憶する要求を含んでいる。データセグメントは、反復する同一キャラクタの配列、又は反復する同一キャラクタ列の配列を含んでいる。データセグメントトークンストレージモジュールは、ストレージデバイスにデータセグメントトークンを記憶する。データセグメントトークンは少なくともデータセグメント識別子とデータセグメント長とを含み、データセグメントトークンは、データセグメントのデータが実質的に含まない。
一実施例においては、ストレージ要求はデータセグメントトークンを記憶するためのトークン指令を含み、ストレージ要求はデータセグメントのデータを含まない。別の実施例においては、データセグメントトークンストレージモジュールはトークンを記憶する前にデータセグメントトークンを生成する。データセグメントトークンストレージモジュールはトークン指令内の情報からデータセグメントトークンを生成する。トークン指令はデータセグメントトークンを含まない。別の実施例においては、トークン指令はデータセグメントトークンを含み、データセグメントトークンストレージモジュールが、データセグメントトークンがデータセグメントを表わすことを認識する。
一実施においては、ストレージ要求はデータセグメントからのデータを含み、装置はデータセグメントからデータセグメントトークンを生成するトークン生成モジュールを具える。データセグメントトークンは、データセグメントを記憶するためのストレージ要求に応じて生成される。更なる実施例においてはトークン生成モジュールは要求デバイスに常駐する。
一実施例においては、装置は、既存のデータが回復不能になるようなキャラクタで既存のデータを上書きする安全消去モジュールを具える。既存のデータはストレージ要求において識別されるデータセグメントと同一のデータセグメント識別子とともに識別される、ストレージデバイスに既に記憶されたデータセグメントのデータを含む。更なる実施例においては、安全消去モジュールは、既存のデータが上書きされたことを示すメッセージを送信する消去確認モジュールを更に具える。消去確認メッセージは安全消去モジュールが既存のデータを上書きするのに応じて送信される。別の実施例においては、安全消去モジュールがストレージ空き領域回復動作中の既存のデータを上書きする。別の実施例においては、ストレージ要求が既存のデータを上書きする要求を含み、安全消去モジュールが、既存のデータを上書きする要求に応じて既存のデータを上書きする。
一実施例においては、装置がデータセグメントを読み出すためのストレージ要求を受信する、読み出し要求受信モジュールと、ストレージ要求によって要求されるデータセグメントに応じたデータセグメントトークンを読み出す、読み出しデータセグメントトークンモジュールと、要求デバイスに対する応答を送信する、読み出し要求応答モジュールとを具える。応答は要求されたデータセグメントに応じたデータセグメントトークンを用いて生成される。
更なる実施例においては、読み出し要求応答モジュールは、要求デバイスにメッセージを応答中に送信する送信データセグメントトークンモジュールを具える。メッセージは少なくともデータセグメント識別子とデータセグメント長とを含み、メッセージはデータセグメントのデータを実質的に含まない。別の更なる実施例においては、装置は、データセグメントトークンを用いてデータセグメントのデータを復元する、復元データセグメントモジュールを具え、読み出し要求応答モジュールは、復元された、要求されたデータセグメントを送信する、送信データセグメントモジュールを具える。
一実施例においては、反復する同一キャラクタ又はキャラクタ列の配列は、データセグメントが空であることを示す。別の実施例においては、ストレージ要求は、ストレージデバイスにストレージ空き領域を割り当てる要求を具える。要求された、割り当てられた空き領域は、データセグメント長と実質的に同様のストレージ空き領域量を具える。その実施例においては、装置は、ストレージ空き領域を割り当てる要求と一致する、ストレージデバイスにストレージ空き領域量を割り当てるストレージ空き容量割り当てモジュールを具える。
一実施例においては、空のデータセグメントトークンはインデックス中にエントリを含み、インデックスはストレージデバイスに記憶される情報及びデータに対応する。別の実施例においては、データセグメントトークンはストレージデバイスに記憶されるオブジェクトを含む。別の実施例においては、データセグメントトークンはストレージデバイスに記憶されるメタデータを含む。更に別の実施例においては、データセグメントトークンはデータセグメント位置指示子、少なくとも１インスタンスの反復する同一キャラクタ、及び少なくとも１インスタンスの反復する同一キャラクタ列のうちの少なくとも１つを含む。
データを管理するための別の装置は、読み出し要求受信モジュールと、読み出しデータセグメントトークンモジュールと、読み出し要求応答モジュールとを具える複数のモジュールで提供される。読み出し要求受信モジュールはストレージデバイスからデータセグメントを読み出すためのストレージ要求を受信する。データセグメントはデータセグメントトークンによってストレージデバイスに表される。データセグメントは反復する同一キャラクタの配列、又は反復する同一キャラクタ列の配列を含む。データセグメントトークンはデータセグメント識別子とデータセグメント長とを含む。データセグメントトークンはデータセグメントからのデータを実質的に含まない。読み出しデータセグメントトークンモジュールは、ストレージ要求で要求されるデータセグメントに応じたデータセグメントトークンを読み出す。読み出し要求応答モジュールは要求デバイスに対する応答を送信する。応答は、要求されたデータセグメントに応じたデータセグメントトークンを用いて生成される。
一実施例においては、読み出し要求応答モジュールは、要求デバイスにメッセージを応答中に送信する送信データセグメントトークンモジュールを具える。メッセージは少なくともデータセグメント識別子とデータセグメント長とを含む。メッセージはデータセグメントのデータを実質的に含まない。別の実施例において、装置は、データセグメントトークンを用いてデータセグメントのデータを復元する、ストレージデバイスの復元データセグメントモジュールを具え、読み出し要求応答モジュールは、復元された、要求されたデータセグメントを送信する送信データセグメントモジュールを具えている。
別の実施例においては、ストレージ要求がデータセグメントを読み出す要求を含み、装置は、データセグメントトークンを用いてデータセグメントのデータを復元する、要求デバイスに常駐する復元データセグメントモジュールを具える。読み出し要求応答モジュールは、復元データセグメントモジュールが、要求されたデータセグメントをメッセージから復元する前に、少なくともデータセグメント識別子とデータセグメント長とを含むメッセージを要求デバイスに送信する、送信データセグメントトークンモジュールを具える。
本発明のシステムはデータを管理するために更に提供される。システムは、ストレージデバイスと、ストレージデバイスを制御するストレージコントローラと、書き込み要求受信モジュールと、データセグメントトークンストレージモジュールとを具える。書き込み要求受信モジュールは要求デバイスからストレージ要求を受信する。ストレージ要求はストレージデバイス内にデータセグメントを記憶する要求を含む。データセグメントは反復する同一キャラクタの配列、又は反復する同一キャラクタ列の配列を含む。データセグメントトークンストレージモジュールはストレージデバイスにデータセグメントトークンを記憶する。データセグメントトークンは少なくともデータセグメント識別子とデータセグメント長とを含む。データセグメントトークンはデータセグメントからのデータを実質的に含まない。
一実施例においては、システムは要求デバイスに常駐するドライバを具えることができる。ドライバは、書き込み要求受信モジュール、データセグメントトークンストレージモジュール、読み出し要求受信モジュール、読み出しデータセグメントトークンモジュール、及び読み出し要求応答モジュールのうちの１又はそれ以上の少なくとも一部分を具える。システムはモジュールと、装置について記載された実施例とを更に具えることができる。
本発明の方法は、データを管理するために提供される。開示された実施例における方法は、記載された装置及びシステムの動作に関して上に示した機能を実行するのに必要なステップを実質的に含む。一実施例においては、方法は、要求デバイスからストレージ要求を受信するステップを含む。ストレージ要求は、ストレージデバイスにデータセグメントを記憶する要求を含む。データセグメントは、反復する同一キャラクタの配列、又は反復する同一キャラクタ列の配列を含む。方法はストレージデバイスにデータセグメントトークンを記憶するステップを更に含む。データセグメントトークンはデータセグメント識別子と、データセグメント長とを含む。データセグメントトークンはデータセグメントからのデータを実質的に含まない。
一実施例においては、ストレージ要求がデータセグメントトークンを記憶するためのトークン指令を含み、ストレージ要求はデータセグメントのデータを含まない。別の実施例においては、ストレージ要求はデータセグメントからのデータを含み、方法はトークン指令を生成して、データセグメントからデータセグメントトークンを生成するステップを含む。トークン指令はデータセグメントを記憶するためのストレージ要求に応じて生成される。
本明細書全体にわたる、特徴、利点または同様の単語の引用は、本発明で実現される特徴および利点の総てが、本発明のいずれかの１つの実施例に存在すべき、または、存在することを意味するものではない。むしろ、特徴及び利点に関する用語は、ある実施例に関連して記載される特定の特徴、利点または特性が、本発明の少なくとも１つの実施例に含まれることを意味すると理解されたい。従って、特徴、利点および同様の用語の記載は、本明細書全体にわたって、必須ではないが、同一の実施例を意味する。
更に、記載された本発明の特徴、利点および特性は、１又はそれ以上の実施例においてあらゆる適宜な方法で組み合わせることができる。関連分野の当業者は、特定の実施例の１又はそれ以上の特定の特徴または利点がなくとも、本発明が実施可能であることが分かるであろう。その他の例においては、更なる特徴および利点は、本発明の総ての実施例において示されていない特定の実施例で分かるであろう。
本発明の特徴および利点は、以下の説明および添付の請求の範囲から完全に明らかになり、また、以下に記載する本発明の実施形態によって理解されるであろう。
本発明の利点が容易に理解されるように、簡単に上述した本発明のより具体的な説明は、添付の図面に例示した特定の実施例を参照することによってなされるであろう。これらの図面は、本発明の一般的な実施例のみを示し、従って、本発明の範囲を限定するものではないと理解すべきであり、本発明は、添付の図面の利用を通じて、更に具体的かつ詳細に記載および説明されるであろう。
図１Ａは、本発明によるソリッドステートストレージデバイス中のデータ管理のためのシステムの一実施例を示した概略ブロック図である。 図１Ｂは、本発明によるストレージデバイス中のオブジェクト管理のためのシステムの一実施例を示した概略ブロック図である。 図２Ａは、本発明によるストレージデバイスのオブジェクト管理のための装置の一実施例を示した概略ブロック図である。 図２Ｂは、本発明によるソリッドステートストレージデバイス中のソリッドステートストレージデバイスコントローラの一実施例を示した概略ブロック図である。、 図３は、本発明によるソリッドステートストレージデバイス内の書き込みデータパイプラインおよび読み出しデータパイプラインを有するソリッドステートストレージコントローラを示す概略ブロック図である。 図４Ａは、本発明によるソリッドステートストレージコントローラ内ののバンクインタリーブコントローラの一実施例を示した概略ブロック図である。 図４Ｂは、本発明によるソリッドステートストレージコントローラの内のバンクインタリーブコントローラの代替的な実施例を示した概略ブロック図である。 図５は、本発明によるデータパイプラインを用いたソリッドステートストレージデバイス内のデータを管理するための方法の一実施例を示した概略フローチャート図である。 図６は、本発明によるデータパイプラインを用いたソリッドステートストレージデバイス内のデータを管理するための方法の別の実施例を示した概略フローチャート図である。 図７は、本発明によるバンクインタリーブを用いたソリッドステートストレージデバイス内のデータを管理するための方法の一実施例を示した概略フローチャート図である。 図８は、本発明によるソリッドステートストレージデバイス内のガベージコレクション用の装置の一実施例を示した概略ブロック図である。 図９は、本発明によるソリッドステートストレージデバイス内のガベージコレクション用の方法の一実施例を示した概略フローチャート図である。 図１０は、本発明によるトークン指令を生成するための装置を有するシステムの一実施例を示した概略ブロック図である。 図１１は、本発明によるトークン指令を生成および送信するための方法の一実施例を示した概略フローチャート図である。 図１２は、本発明によるデータセグメントトークンを読み出すための方法の一実施例を示した概略フローチャート図である。 図１３は、本発明によるデータセグメントトークンを管理するための装置を有するシステムの一実施例を示した概略ブロック図である。 図１４は、本発明によるデータセグメントトークンを記憶するための方法の一実施例を示した概略フローチャート図である。 図１５は、本発明によるデータセグメントトークンを読み出すための方法の一実施例を示した概略フローチャート図である。
本明細書に記載された多数の機能ユニットは、その実装独立性をより具体的に強調するために、モジュールとして表示した。例えば、モジュールは、カスタムＶＬＳＩ回路またはゲートアレイ、論理チップのような標準規格の半導体、トランジスタまたは他の別個の構成要素を具えるハードウェア回路として実装可能である。更に、モジュールは、フィールドプログラマブルゲートアレイ、プログラマブル配列論理回路、プログラマブル論理デバイスなどのような、プログラム可能なハードウェアデバイスに実装可能である。
更に、モジュールは、様々なプロセッサによって実行されるソフトウェアに実装可能である。識別モジュールの実行可能コードは、例えばオブジェクト、手続きまたは関数として構成される、計算機命令の１又はそれ以上の物理又は論理ブロックを含む。にもかかわらず、実行可能な識別モジュールは、物理的に一緒に割り当てられる必要はなく、論理的に互いに接続される場合、モジュールを構成し、モジュールのための規定された目的を達成する、異なる位置に記憶される離隔命令を具えることができる。
実際に、モジュールの実行可能コードは、単一の命令または多数の命令にでき、複数の異なるコードセグメントにわたり、異なるプログラム間で、および、複数のメモリデバイスにわたってさえ割り当てることができる。同様に、動作データは識別され、本明細書でモジュール内部に例示されており、適宜な形態で組み込まれ、あらゆる適宜な種類のデータ構造内で構成される。動作データは、単一のデータセットとして集められ、異なるストレージデバイスを含む異なる位置にわたって割り当てられ、少なくとも部分的に、システムまたはネットワックの単なる電気信号として存在しうる。モジュールまたはモジュールの一部がソフトウェアに実装される場合、ソフトウェア部分は、１又はそれ以上のコンピュータ可読メディアに記憶される。
本明細書全体における「一実施例（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「ある実施例（ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」または同様の用語の引用は、実施例に関連して記載される特定の特徴、構造または特性が本発明の少なくとも１つの実施例に含まれることを意味する。従って、本明細書全体における「一実施例においては（ｉｎ ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「ある実施例においては（ｉｎ ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」および同様の用語のフレーズの出現は、必ずではないが、同一の実施例を総て引用している。
信号担持媒体については、信号を生成し、信号が生成され、または、ディジタル処理装置で機械が読み出し可能な命令のプログラムの実行をさせることが可能なあらゆる形態をとることができる。信号担持媒体は、伝送線路、コンパクトディスク、ディジタルビデオディスク、磁気テープ、ベルヌーイドライブ、磁気ディスク、パンチカード、フラッシュメモリ、集積回路または他のディジタル処理装置のメモリデバイスに組み込まれうる。
更に、記載された本発明の特徴、構造または特性は、１又はそれ以上の実施例において適宜な方法で組み合わせることができる。以下の説明において、例えば、プログラミング、ソフトウェアモジュール、ユーザの選択項目、ネットワークトランザクション、データベースクエリ、データベース構造、ハードウェアモジュール、ハードウェア回路、ハードウェアチップ等のような、多数の特定の詳細な説明が提供されて、本発明の実施例を完全な理解を提供する。しかしながら、関連分野の当業者は、本発明が１又はそれ以上の特定の詳細な説明なしで、あるいは、他の方法、構成、材料などを用いて実施できることが分かるであろう。別の例においては、既知の構造、材料または動作は、本発明の態様があいまいになるのを避けるために、示していないか、または、詳細に記載していない。
本明細書に含まれる概略的フローチャートは、論理フローチャート図として一般的に説明されている。このように、示された順番および示されたステップは、本方法の一実施例を示す。他のステップ及び方法は、例示された方法の関数、論理または１又はそれ以上のステップに対する効果、またはその一部において同等であると考えられる。更に、使用したフォーマットおよび符号は、方法の論理的なステップを説明するために提供されたものであり、この方法の範囲を限定するものではないと理解されたい。様々な矢印および線がフローチャート図で用いられているが、対応する方法の範囲を限定するものではないことを理解されたい。実際に、いくつかの矢印または他の結合子は、この方法の論理フローを示すためにのみ用いられている。例えば、矢印は、示された方法の列挙されたステップ間における不特定期間の待機又はモニタリング時間を示す。更に、特定の方法が生じる順番は、示された対応するステップの順番に厳密に準拠してもしなくてもよい。
ソリッドステートストレージシステム
図１Ａは、本発明によるソリッドステートストレージデバイスのデータ管理用のシステム１００の一実施例を示した概略ブロック図である。システム１００は、以下に示すように、ソリッドステートストレージデバイス１０２、ソリッドステートストレージコントローラ１０４、書き込みデータパイプライン１０６、読み出しデータパイプライン１０８、ソリッドステートストレージ１１０、コンピュータ１１２、クライアント１１４およびコンピュータネットワーク１１６を具える。
システム１００は、少なくとも１のソリッドステートストレージデバイス１０２を具える。別の実施例においては、システム１００は、２又はそれ以上のソリッドステートストレージ１０２を具える。各ソリッドステートストレージデバイス１０２は、フラッシュメモリ、ナノランダムアクセスメモリ（「ナノＲＡＭまたはＮＲＡＭ」）、磁気抵抗ＲＡＭ（「ＭＲＡＭ」）、ダイナミックＲＡＭ（「ＤＲＡＭ」）、相変化ＲＡＭ（「ＰＲＡＭ」）などのような、不揮発性ソリッドステートストレージ１１０を具える。ソリッドステートストレージデバイス１０２は、図２および図３で更に詳細に示す。ソリッドステートストレージデバイス１０２は、コンピュータネットワーク１１６を通って、クライアント１１４に接続したコンピュータ１１２内に示されている。一実施例においては、ソリッドステートストレージデバイス１０２は、コンピュータ１１２の内部にあり、ＰＣＩ（ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ：周辺装置相互接続規格）エクスプレス（「ＰＣＩ−ｅ」）バス、シリアルアドバンスドテクノロージアタッチメント（「シリアルＡＴＡ」）バスなどのような、システムバスを用いて接続される。別の実施例においては、ソリッドステートストレージデバイス１０２は、コンピュータ１１２の外部にあり、ユニバーサルシリアルバス（「ＵＳＢ」）接続、ＩＥＥＥ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ：米国電気電子技術者協会）１３９４バス（「ＦｉｒｅＷｉｒｅ」）などを用いて接続される。他の実施例においては、ソリッドステートストレージデバイス１０２は、インフィニバンドまたはＰＣＩエクスプレスアドバンスドスイッチング（「ＰＣＩｅ−ＡＳ」）などのような、外部の電気式または光学式バス拡張機能又はバス型ネットワークソリューションを用い、ＰＣＩ（ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ：周辺装置相互接続規格）エクスプレスバスを用いたコンピュータ１１２に接続される。
様々な実施例において、ソリッドステートストレージ１０２は、デュアルインラインメモリモジュール（「ＤＩＭＭ」）、ドータカードまたはマイクロモジュールの形態でもよい。別の実施例においては、ソリッドステートストレージデバイス１０２は、ラック取付型ブレード内のエレメントである。別の実施例においては、ソリッドステートストレージデバイス１０２は、より高位のアセンブリ（例えば、マザーボード、ラップトップ、グラフィックプロセッサ）に直接統合したパッケージ内に含まれる。別の実施例においては、ソリッドステートストレージデバイス１０２を具える個々の構成は、中位の実装なしにより高位のアセンブリに直接統合される。
ソリッドステートストレージデバイス１０２は、１又はそれ以上のソリッドステートストレージコントローラ１０４を具え、各々は、書き込みデータパイプライン１０６および読み出しデータパイプライン１０８を具え、各々は、ソリッドステートストレージ１１０を具え、これらは、図２および図３で以下に詳細に示す。
システム１００は、ソリッドステートストレージデバイス１０２に接続した１又はそれ以上のコンピュータ１１２を具える。コンピュータ１１２は、ホスト、サーバ、ストレージエリアネットワーク（「ＳＡＮ」）のストレージコントローラ、ワークステーション、パーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ハンドヘルドコンピュータ、スーパコンピュータ、コンピュータクラスタ、ネットワークスイッチ、ルータまたは機器、データベースまたはストレージ機器、データ取得システムまたはデータキャプチャシステム、診断システム、試験システム、ロボット、携帯型電子機器、ワイヤレスデバイスなどにできる。別の実施例においては、コンピュータ１１２は、クライアントでもよく、ソリッドステートストレージデバイス１０２は、コンピュータ１１２から送信されるデータ要求を提供するために自律動作する。この実施例においては、コンピュータ１１２およびソリッドステートストレージデバイス１０２は、コンピュータネットワーク、システムバス、または、コンピュータ１１２と自律型ソリッドステートストレージデバイス１０２との間の接続に適切なその他の通信手段を用いて、接続可能である。
一実施例においては、システム１００は、１又はそれ以上のコンピュータネットワーク１１６を通して、１又はそれ以上のコンピュータ１１２に接続された１又はそれ以上のクライアント１１４を具える。クライアント１１４は、ホスト、サーバ、ＳＡＮのストレージコントローラ、ワークステーション、パーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ハンドヘルドコンピュータ、スーパコンピュータ、コンピュータクラスタ、ネットワークスイッチ、ルータまたは機器、データベースまたはストレージ機器、データ取得またはデータキャプチャシステム、診断システム、試験システム、ロボット、携帯電子機器、ワイヤレスデバイスなどにできる。コンピュータネットワーク１１６は、インターネット、ワイドエリアネットワーク（「ＷＡＮ」）、メトロポリタンエリアネットワーク（「ＭＡＮ」）、ローカルエリアネットワーク（「ＬＡＮ」）、トークンリング、ワイヤレスネットワーク、ファイバチャネルネットワーク、ＳＡＮ、ネットワーク接続ストレージ（「ＮＡＳ」）、ＥＳＣＯＮ等、または、いずれかのネットワークの組み合わせを具えることができる。更に、コンピュータネットワーク１１６は、イーサネット（登録商標）、トークンリング、ＷｉＦｉ、ＷｉＭａｘなどのような、ＩＥＥＥ８０２ファミリのネットワーク技術からのネットワークを具えることができる。
コンピュータネットワーク１１６は、サーバ、スイッチ、ルータ、ケーブル、無線、および、コンピュータ１１２とクライアント１１４とのネットワーク構築を容易にするのに用いられるその他の設備を具える。一実施例においては、システム１００は、コンピュータネットワーク１１６にわたってピアとして通信する多数のコンピュータ１１２を具える。別の実施例においては、システム１００は、コンピュータ１１６にわたってピアとして通信する複数のソリッドステートストレージデバイス１０２を具える。関連分野の当業者は、１又はそれ以上のコンピュータネットワーク１１６と、１又はそれ以上のクライアント１１４間の単一または冗長接続を有する関連設備、または、１又はそれ以上のソリッドステートストレージデバイス１０２を有する他のコンピュータ、または、１又はそれ以上のコンピュータ１１２に接続された１又はそれ以上のソリッドステートストレージデバイス１０２とを具える他のコンピュータネットワーク１１６を認識するであろう。一実施例においては、システム１００は、コンピュータ１１２なしで、コンピュータネットワーク１１６を通ってクライアント１１４に接続した２又はそれ以上のソリッドステートストレージデバイス１０２を具える。
ストレージコントローラ管理オブジェクト
図１Ｂは、本発明によるストレージデバイスのオブジェクト管理用のシステム１０１の一実施例を示す概略ブロック図である。システム１０１は、各々がストレージコントローラ１５２および１又はそれ以上のデータストレージデバイス１５４を有する１又はそれ以上のストレージデバイス１５０と、１又はそれ以上の要求デバイス１５５とを具える。ストレージデバイス１５０は、互いにネットワークで接続され、１又はそれ以上の要求デバイス１５５に結合される。要求デバイス１５５は、ストレージデバイス１５０ａにオブジェクト要求を送信する。オブジェクト要求は、オブジェクトを生成する要求、オブジェクトにデータを書き込む要求、オブジェクトからデータを読み出す要求、オブジェクトを削除する要求、オブジェクトを動作確認する要求、オブジェクトをコピーする要求などができる。当分野の当業者は、その他のオブジェクト要求もわかるであろう。
一実施例においては、ストレージコントローラ１５２およびデータストレージデバイス１５４は別個のデバイスである。別の実施例においては、ストレージコントローラ１５２およびデータストレージデバイス１５４は、１つのストレージデバイス１５０に統合される。別の実施例においては、データストレージデバイス１５４は、ソリッドステートストレージ１１０であり、ストレージコントローラ１５２は、ソリッドステートストレージデバイスコントローラ２０２である。他の実施例においては、データストレージデバイス１５４は、ハードディスクドライブ、光学ドライブ、テープストレージ等にできる。別の実施例においては、ストレージデバイス１５０は、異なる種類の２又はそれ以上のデータストレージデバイス１５４を具えることができる。
一実施例においては、データストレージデバイス１５４は、ソリッドステートストレージ１１０であり、ソリッドステートストレージエレメント２１６、２１８、２２０のアレイとして配置される。別の実施例においては、ソリッドステートストレージ１１０は２又はそれ以上のバンク２１４ａ−ｎに配置される。ソリッドステートストレージ１１０は、図２Ｂで以下により詳細に示す。
これらのストレージデバイス１５０ａ−ｎは、互いにネットワークで接続され、分散ストレージデバイスとして機能する。要求デバイス１５５に接続されたストレージデバイス１５０ａは、分散ストレージデバイスに対するオブジェクト要求を制御する。一実施例においては、ストレージデバイス１５０および付随するストレージコントローラ１５２は、オブジェクトを管理し、分散オブジェクトファイルシステムとして要求デバイス１５５に存在する。この構成において、並行オブジェクトファイルサーバは、分散オブジェクトファイルシステム型の例である。別の実施例においては、ストレージデバイス１５０および付随のストレージコントローラ１５２は、オブジェクトを管理し、分散オブジェクトファイルサーバとして１又はそれ以上の要求デバイス１５５に存在する。この構成において、並行オブジェクトファイルサーバは、分散オブジェクトファイルサーバ型の例である。これらの実施例およびその他の実施例において、要求デバイス１５５は、オブジェクトを排他的に管理し、または、ストレージデバイス１５０と併用してオブジェクトを管理することに関与することができ、これは一般的に、ストレージデバイス１５０の能力を制限せず、他のクライアント１１４のためのオブジェクトを完全に管理する。縮退型の場合には、各々の分散ストレージデバイス、分散オブジェクトファイルシステムおよび分散オブジェクトファイルサーバは、単一のデバイスとして別個に動作できる。ネットワーク接続されたストレージデバイス１５０ａ−ｎは、分散ストレージデバイス、分散オブジェクトファイルシステム、分散オブジェクトファイルサーバ、および、１又はそれ以上の要求デバイス１５５に対して構成された１又はそれ以上の上記能力の表現を有するその組み合わせとして、動作できる。例えば、ストレージデバイス１５０は、第１の要求デバイス１５５ａ用の分散ストレージデバイスとして動作するように構成でき、一方、要求デバイス１５５ｂ用の分散ストレージデバイスおよび分散オブジェクトファイルシステムとして動作する。システム１０１が、１つのストレージデバイス１５０ａを具える場合、ストレージデバイス１５０ａのストレージコントローラ１５２ａは、オブジェクトを管理し、オブジェクトファイルシステムまたはオブジェクトファイルサーバとして要求デバイス１５５に存在してもよい。
ストレージデバイス１５０が、分散ストレージデバイスとして互いにネットワークで接続される一実施例において、ストレージデバイス１５０は、１又はそれ以上の分散ストレージコントローラ１５２によって管理された独立ドライブ冗長アレイ（「ＲＡＩＤ」）として動作する。例えば、オブジェクトのデータセグメントを書き込む要求は、ＲＡＩＤレベルに応じて、データセグメントがパリティストライプを有するデータストレージデバイス１５４ａ−ｎにわたってストライプ化される結果となる。このような配置の利点の１つは、単一ストレージデバイス１５０がストレージコントローラ１５２、データストレージデバイス１５４またはストレージデバイス１５０のその他の構成のいずれかに故障を有するときに、このようなオブジェクト管理システムが利用し続けることができることである。
冗長ネットワークを用いてストレージデバイス１５０と要求デバイス１５５とを相互接続するとき、オブジェクト管理システムは、ネットワークの１つが動作している限り、ネットワーク故障の存在下で利用し続けることができる。単一のストレージデバイス１５０ａを有するシステム１０１は、更に、複数のデータストレージデバイス１５４ａを具えることができ、ストレージデバイス１５０ａのストレージコントローラ１５２ａは、ＲＡＩＤコントローラとして動作し、ストレージデバイス１５０ａのデータストレージデバイス１５４ａにわたってデータセグメントをストライプ化し、ＲＡＩＤレベルに応じて、パリティストライプを具えることができる。
一実施例においては、１又はそれ以上のストレージデバイス１５０ａ−ｎは、ソリッドステートストレージデバイスコントローラ２０２およびソリッドステートストレージ１１０を有するソリッドステートストレージデバイス１０２である場合、ソリッドステートストレージデバイス１０２は、ＤＩＭＭ構成、ドータカード、マイクロモジュールなどに構成され、コンピュータ１１２内に常駐できる。コンピュータ１１２は、サーバ、または、互いにネットワーク接続され、分散ＲＡＩＤコントローラとして動作するソリッドステートストレージデバイスコントローラ１０２を有する同様のデバイスでもよい。有利には、ストレージデバイス１０２は、ＰＣＩ−ｅ、ＰＣＩｅ−ＡＳ、インフィニバンドまたはその他の高性能バス、スイッチングバス、ネットワーク接続バスまたはネットワークを用いて接続されてもよく、ソリッドステートストレージ１１０ａ−ｎにわたってデータセグメントを自律的にストライプ化する単一又は分散ソリッドステートストレージコントローラ２０２を有する極めて小型の、高性能ＲＡＩＤストレージシステムを提供することができる。
一実施例においては、ストレージデバイス１５０と通信するために要求デバイス１５５によって用いられる同一ネットワークは、ピアストレージデバイス１５０ｂ−ｎと通信しＲＡＩＤ機能を得るために、ピアストレージデバイス１５０ａによって用いられる。別の実施例においては、別個のネットワークは、ＲＡＩＤするために、ストレージデバイス１５０間で用いられうる。別の実施例においては、要求デバイス１５５は、ストレージデバイス１５０に冗長要求を送信することによってＲＡＩＤ処理に関与することができる。例えば、要求デバイス１５５は、第１のオブジェクト書き込み要求を第１のストレージデバイス１５０ａに送信し、同一データセグメントを有する第２のオブジェクト書き込み要求を第２のストレージデバイス１５０ｂに送信し、単純なミラーリングを行うことができる。
ストレージデバイス１０２内でオブジェクト処理するための能力を用いて、ストレージコントローラ１５２は、１つのＲＡＩＤレベルを用いて、１つのデータセグメントまたはオブジェクトを記憶する能力を個別に有し、一方、別のデータセグメントまたはオブジェクトは、異なるＲＡＩＤレベルを用いて、または、ＲＡＩＤストライブをせずに、記憶される。これらの複数のＲＡＩＤグループは、ストレージデバイス１５０内の複数のパーティションに関連していてもよい。ＲＡＩＤ０、ＲＡＩＤ１、ＲＡＩＤ５、ＲＡＩＤ６および複合ＲＡＩＤタイプ１０、５０、６０は、データストレージデバイス１５４ａ−ｎを具える様々なＲＡＩＤグループにわたり同時にサポート可能である。当分野の当業者は、同時にサポート可能なその他のＲＡＩＤタイプおよび構成が分かるであろう。
更に、ストレージコントローラ１５２は、ＲＡＩＤコントローラとして自律的に動作するので、ＲＡＩＤコントローラは、進行型ＲＡＩＤを行うことができ、１つのＲＡＩＤレベルを有するデータストレージデバイス１５４にわたってストライプ化したオブジェクトまたはオブジェクトの一部を、要求デバイス１５５が影響を受け、関与し、または、ＲＡＩＤレベルの変化を検出さえすることなく、別のＲＡＩＤレベルに変換可能である。好ましい実施例においては、１つのレベルから別のレベルへとＲＡＩＤ構成を進行させることは、オブジェクトまたはパケットベースでさえも自律的に行われ、ストレージデバイス１５０の１つまたはストレージコントローラ１５２において動作する分散ＲＡＩＤ制御モジュールによって起動される。一般的に、ＲＡＩＤの進行は、ＲＡＩＤ１などのより高性能でより低効率なストレージ構成から、ＲＡＩＤ５などのより低性能でより高い効率のストレージ構成への進行であり、変換は、アクセス頻度に基づいて動的に開始される。なお、ＲＡＩＤ５からＲＡＩＤ１へ構成を進行させることも可能であることは分かるであろう。ＲＡＩＤ進行を開始するためのその他のプロセスは、ストレージシステム管理サーバ要求など、クライアントまたは外部エージェントから構成または要求されうる。当分野の当業者は、自律的にオブジェクトを管理するストレージコントローラ１５２を有するストレージデバイス１０２の特徴および利点が分かるであろう。
ストレージコントローラ管理オブジェクト用装置
図２Ａは、本発明によるストレージデバイス内のオブジェクト管理のための装置２００の実施例を示す概略的ブロック図である。この装置２００は、オブジェクト要求受信モジュール２６０、構文解析モジュール２６２、コマンド実行モジュール２６４、オブジェクトインデックスモジュール２６６、オブジェクト要求待ち行列モジュール２６８、メッセージモジュール２７０を有するパケッタイザ３０２、および、オブジェクトインデックス復元モジュール２７２を含むストレージコントローラ１５２を具え、これらを以下に示す。
ストレージコントローラ１５２は、図１Ｂのシステム１０１に関連して記載されたストレージコントローラ１５２と実質的に同様で、図２と関連して記載されたソリッドステートストレージデバイスコントローラ２０２にできる。この装置２００は、１又はそれ以上の要求デバイス１５５からオブジェクト要求を受信するオブジェクト要求受信モジュール２６０を具える。例えば、記憶オブジェクトデータ要求のために、ストレージコントローラ１５２は、ストレージコントローラ１５２に接続したデータストレージデバイス１５４内のデータパケットとしてデータセグメントを記憶する。オブジェクト要求は、一般的に、ストレージコントローラ１５２によって管理されたオブジェクト用の１又はそれ以上のオブジェクトデータパケットに記憶された、または、記憶されるべきデータセグメントで指令される。オブジェクト要求はオブジェクトを生成し、ストレージコントローラ１５２が、ローカルまたはリモートダイレクトメモリアクセス（「ＤＭＡ」、「ＲＤＭＡ」）転送を用いることができる、後のオブジェクト要求を通したデータで後に充填することを要求できる。
一実施例においては、オブジェクト要求は、既に生成されたオブジェクトにオブジェクトの総てまたは一部を書き込む、書き込み要求である。一例においては、書き込み要求は、オブジェクトのデータセグメント用である。オブジェクトのその他のデータセグメントは、ストレージデバイス１５０またはその他のストレージデバイスに書き込まれてもよい。別の例においては、書き込み要求は、完全なオブジェクト用である。別の例においては、オブジェクト要求は、ストレージコントローラ１５２によって管理されたデータセグメントからのデータを読み出すことである。さらなる別の実施例においては、オブジェクト要求は、データセグメント又はオブジェクトを削除する削除要求である。
有利には、ストレージコントローラ１５２は、既存のオブジェクトに新規オブジェクトを書き込むか、または、データを加える以上の書き込み要求を受入可能である。例えば、オブジェクト要求受信モジュール２６０が受信する書き込み要求は、ストレージコントローラ１５２によって記録したデータの前にデータを加え、記憶したデータにデータを挿入し、または、データのセグメントを置換する要求を具えることができる。ストレージコントローラ１５２によって維持されるオブジェクトインデックスは、その他のストレージコントローラで利用可能ではないが、サーバや他のコンピュータのファイルシステムのストレージコントローラの外側でのみ現在利用可能である、これらの複雑な書き込み動作に要求されるフレキシビリティを提供する。
装置２００は、オブジェクト要求を１又はそれ以上のコマンドに構文解析する構文解析モジュール２６２を具える。一般的に、構文解析モジュール２６２は、オブジェクト要求を１又はそれ以上のバッファに構文解析する。例えば、オブジェクト要求の１又はそれ以上のコマンドは、コマンドバッファに構文解析できる。一般的に、構文解析モジュール２６２は、オブジェクト要求を調整し、オブジェクト要求の情報は、ストレージコントローラ１５２によって理解され実行される。当分野の当業者は、１又はそれ以上のコマンドにオブジェクト要求を構文解析する構文解析モジュール２６２のその他の機能が分かるであろう。
装置２００は、オブジェクト要求から構文解析されたコマンドを実行するコマンド実行モジュール２６４を具える。一実施例においては、コマンド実行モジュール２６４は、１つのコマンドを実行する。別の実施例においては、コマンド実行モジュール２６４は、複数のコマンドを実行する。一般的に、コマンド実行モジュール２６４は、書き込みコマンドのようなオブジェクト要求から構文解析されたコマンドを解釈し、次いで、サブコマンドを生成して、待ち行列に入れて実行する。例えば、オブジェクトから構文解析された書き込みコマンドは、ストレージコントローラ１５２に命令し、複数のデータセグメントを記憶する。更に、オブジェクト要求は、暗号化、圧縮など必要な属性を具えていてもよい。コマンド実行モジュール２６４は、ストレージコントローラ１５２に命令して、データセグメントを圧縮し、データセグメントを暗号化し、１又はそれ以上のデータパケットおよび各データパケット用の関連するヘッダを生成し、メディア暗号化キーでデータパケットを暗号化し、エラー修正コードを加え、そして、特定の位置にデータパケットを記憶することができる。特定の位置およびその他のサブコマンドのデータパケットを記憶することは、その他のより低位のサブコマンドに分解される。当分野の当業者は、コマンド実行モジュール２６４が、オブジェクト要求から構文解析される１又はそれ以上のコマンドを実行可能であるその他の方法が分かるであろう。
装置２００は、オブジェクトインデックスモジュール２６６を具え、このモジュール２６６は、オブジェクトを生成するか、または、オブジェクトのデータセグメントを記憶するストレージコントローラ１５２に応答して、オブジェクトインデックスのオブジェクトエントリを生成する。一般的に、ストレージコントローラ１５２は、データセグメントからデータパケットを生成し、データパケットが記憶された位置は、データセグメントが記憶されたときに、割り当てられる。データセグメントとともに、又はオブジェクト要求の一部として受信されたオブジェクトメタデータは、同様の方法で記憶できる。
オブジェクトインデックスモジュール２６６は、データパケットが記憶され、データパケットの物理アドレスが割り当てられるときに、オブジェクトインデックスにオブジェクトエントリを生成する。オブジェクトエントリは、オブジェクトの論理識別子と、ストレージコントローラ１５２が１又はそれ以上のデータパケットおよびあらゆるオブジェクトメタデータパケットを記憶したところに対応する１又はそれ以上の物理アドレスと、の間におけるマッピングを具える。別の実施例においては、オブジェクトインデックスのエントリは、オブジェクトのデータパケットが記憶される前に生成される。例えば、データパケットが早期に記憶すべき物理アドレスをストレージコントローラ１５２が決定する場合、オブジェクトインデックスモジュール２６６は、オブジェクトインデックス内のエントリを早期に生成できる。
一般的には、オブジェクト要求またはオブジェクト要求のグループが、読み出し−変更−書き込み動作中、オブジェクトまたはデータセグメントが変更されることが生じた場合、オブジェクトインデックスモジュール２６６は、変更したオブジェクトに対応するオブジェクトインデックス内のエントリを更新する。一実施例においては、オブジェクトインデックスは、変更されたオブジェクト用のオブジェクトインデックス中に、新規オブジェクトおよび新規エントリを生成する。一般的に、オブジェクトの一部のみが変更された場合、オブジェクトは、変更されたデータパケットおよび未変化のいくつかのデータパケットを具える。この場合、新規エントリは、もともと書き込まれていた未変化のデータパケットと、新規位置に書き込まれた変更されたオブジェクトと、に対するマッピングを具える。
別の実施例においては、オブジェクト要求受信モジュール２６０は、データブロックまたはその他のオブジェクトエレメントを消去するコマンドを具えたオブジェクト要求を受信した場合、ストレージコントローラ１５２は、オブジェクトに対する基準、オブジェクトとの関係、および、消去したデータブロックのサイズを含む情報を含む消去パケットのような、少なくとも１つのパケットを記憶することができる。更に、それは、更に、消去オブジェクトエレメントがゼロで充填されていることを示してもよい。従って、消去オブジェクト要求は、消去され、メモリ／ストレージのセル中でゼロを用いて実際に記憶された適宜なメモリ／ストレージの一部を実際に有している、実際のメモリまたはストレージをエミュレートするのに用いることができる。
有利には、データセグメントとオブジェクトのメタデータとの間のマッピングを示すエントリを有するオブジェクトインデックスを生成することで、ストレージコントローラ１５２が、オブジェクトを自律的に処理して管理するのを可能にする。この能力によって、ストレージデバイス１５０内にデータを記憶する大きなフレキシビリティを可能にする。オブジェクトのインデックスエントリが一度生成されると、オブジェクトに関する次のオブジェクト要求が、ストレージコントローラ１５２によって効率的に供給される。
一実施例においては、ストレージコントローラ１５２は、構文解析モジュール２６２によって構文解析する前に、オブジェクト要求受信モジュール２６０によって受信される１又はそれ以上のオブジェクト要求を待ち行列に入れるオブジェクト要求待ち行列モジュール２６８を具える。オブジェクト要求待ち行列モジュール２６８は、オブジェクト要求が受信されるときと、オブジェクト要求が実行されるときとの間においてフレキシビリティを可能にする。
別の実施例においては、ストレージコントローラ１５２は、１又はそれ以上のデータセグメントから１又はそれ以上のデータパケットを生成するパケッタイザ３０２を具え、ここで、データパケットがデータストレージデバイス１５４内のストレージ用にサイズ調整される。パケッタイザ３０２は、図３でより詳細に以下に示す。パケッタイザ３０２は、一実施例においては、各パケットのヘッダを生成するメッセージモジュール２７０を具える。このヘッダは、パケット識別子とパケット長を具える。パケット識別子は、パケットが形成されたオブジェクトにパケットを関連させる。
一実施例においては、各パケットは、パケット識別子がオブジェクトと、パケット内に含まれるオブジェクトエレメントのオブジェクト内の関係性を識別するのに十分な情報を含むという点で独立型のパケット識別子を含む。しかしながら、より効率的な好ましい実施例は、コンテナにパケットを記憶することである。
コンテナは、より効率的なパケットのストレージを容易にし、オブジェクトとデータパケットの間の関係、メタデータパケット、コンテナ内に記憶されるオブジェクトに関連したその他のパケットとを構築するのを助けるデータ構成である。ストレージコントローラ１５２は、一般的に、同様の方法で、オブジェクトおよびデータセグメントの一部として受信されるオブジェクトメタデータを処理することに留意されたい。一般的に、「パケット」は、データを含むデータパケット、メタデータを含むメタデータパケット、または、別のパケットタイプの別のパケットを意味する。オブジェクトは、１又はそれ以上のコンテナに記憶でき、コンテナは、一般的に、１程度の固有オブジェクト用のパケットを具える。オブジェクトは、複数のコンテナ間に配置される。一般的に、コンテナは、単一の論理消去ブロック（ストレージ部分）内に記憶され、論理消去ブロック間を一般的に分割しない。
一例においては、コンテナは、２又はそれ以上の論理／仮想ページ間で分割されてもよい。コンテナは、オブジェクトにコンテナを関連させるコンテナラベルによって識別される。コンテナは、多くのパケットに対してゼロを含み、一般的に、コンテナ内のパケットは、１つのオブジェクトからなる。パケットは、オブジェクト属性エレメント、オブジェクトデータエレメント、オブジェクトインデックスエレメントなど、多数のオブジェクトエレメントタイプにできる。２以上のオブジェクトエレメントタイプを含むハイブリッドパケットを生成できる。各パケットは、同一エレメントタイプの多数のエレメントに対してゼロを含む。コンテナ内の各パケットは、一般的に、オブジェクトとの関連性を識別する固有の識別子を含む。
各パケットは、１のコンテナに関連している。好ましい実施例においては、コンテナは、消去ブロックに限定されず、各消去ブロックの開始点またはその付近で、コンテナパケットを見つけることができる。このことは、破損したパケットヘッダを有する消去ブロックに対するデータ損失を制限することを支援する。この実施例においては、オブジェクトインデックスが使用不能であり、消去ブロック内のパケットヘッダが破損している場合、パケットヘッダから消去ブロックエンドまでの内容は、次のパケットの位置を決定する信頼性のある機構がない可能性が高いので、損失してしまう。別の実施例においては、より信頼性のある方法は、ページ境界に限定されるコンテナを有することである。この実施例は、より多くのヘッダオーバヘッドを必要とする。別の実施例においては、コンテナは、ページ及び消去ブロック境界にわたり動くことができる。これは、必要とするヘッダオーバヘッドは少なくなるが、パケットヘッダが破損している場合、データのより大きな部分が損失される。これらのいくつかの実施例に関して、いくつかのタイプのＲＡＩＤが、さらなるデータの完全性を保証するために用いられることが予測される。
一実施例においては、装置２００は、データストレージデバイス１５４に記憶されるパケットヘッダからの情報を用いて、オブジェクトインデックスのエントリを復元するオブジェクトインデックス復元モジュール２７２を具える。一実施例においては、オブジェクトインデックス復元モジュール２７２は、各パケットが属するオブジェクトを判定するヘッダと、オブジェクトにおけるデータまたはメタデータが属する場所を判定する配列情報とを読み出すことによって、オブジェクトインデックスのエントリを復元する。オブジェクトインデックス復元モジュール２７２は、各パケットおよびタイムスタンプの物理アドレス情報、または、パケットの物理的位置とオブジェクト識別子とデータセグメント配列との間のマッピングを生成する配列情報を用いる。タイムスタンプまたは配列情報はオブジェクトインデックス復元モジュール２７２によって用いられて、インデックスに対して行われる配列の変化を再生し、これによって、一般的に最新状態を復元する。
別の実施例においては、オブジェクトインデックス復元モジュール２７２は、パケットの物理位置と、オブジェクト識別子と、各パケットのシーケンス番号と、を識別して、オブジェクトインデックス内のエントリを復元するコンテナパケット情報とともにパケットヘッダ情報を用いて、パケットを配置する。一実施例においては、消去ブロックは、タイムスタンプされるか、または、パケットが書き込まれるときにシーケンス番号が付与され、タイムスタンプまたは消去ブロックの配列情報は、コンテナヘッダおよびパケットヘッダから集められた情報とともに用いられ、オブジェクトインデックスを復元する。別の実施例においては、消去ブロックが回復されるときに、タイムスタンプまたは配列情報が書き込まれる。
オブジェクトインデックスが揮発性メモリに記憶されるとき、エラー、電力損失、または、ストレージコントローラ１５２がオブジェクトインデックスを保存せずにシャットダウンさせる問題が、オブジェクトインデックスが復元できない場合に、問題になるであろう。オブジェクトインデックス復元モジュール２７２によって、オブジェクトインデックスが揮発性メモリに記憶され、高速アクセスなど揮発性メモリの利点を得ることが可能になる。オブジェクトインデックス復元モジュール２７２によって、ストレージデバイス１５０の外部にあるデバイスに依存せず自律的に、オブジェクトインデックスの迅速な復元が可能となる。
一実施例においては、揮発性メモリのオブジェクトインデックスは、データストレージデバイス１５４に一時的に記憶される。特定の実施例においては、オブジェクトインデックスまたは「インデックスメタデータ」は、ソリッドステートストレージ１１０に定期的に記憶される。別の実施例においては、インデックスメタデータが、パケットを記憶するソリッドステートストレージ１１０ａ−１１０ｎ−１と別個のソリッドステートストレージ１１０ｎに記憶される。インデックスメタデータは、データおよび要求デバイス１５５から送信されるオブジェクトメタデータから別個に管理され、ストレージコントローラ１５２／ソリッドステートストレージデバイスコントローラ２０２によって管理される。オブジェクトからの他のデータおよびメタデータと別個にインデックスを管理して記憶することによって、ストレージコントローラ１５２／ソリッドステートストレージデバイスコントローラ２０２がオブジェクトメタデータを不必要に処理することなく、効率的データフローが可能となる。
一実施例においては、オブジェクト要求受信モジュール２６０によって受信されるオブジェクト要求が書き込み要求を具える場合、ストレージコントローラ１５２は、ローカルまたはリモートダイレクトメモリアクセス（「ＤＭＡ」、「ＲＤＭＡ」）動作として、要求デバイス１５５のメモリからオブジェクトの１又はそれ以上のデータセグメントを受信する。好適な例において、ストレージコントローラ１５２は、１又はそれ以上のＤＭＡまたはＲＤＭＡ動作において要求デバイス１５５のメモリからデータを引き出す。別の例においては、要求デバイス１５５は、１又はそれ以上のＤＭＡまたはＲＤＭＡ動作において、データセグメントをストレージコントローラ１５２へ押し出す。別の実施例においては、オブジェクト要求は読み出し要求を具え、ストレージコントローラ１５２は、１又はそれ以上のＤＭＡまたはＲＤＭＡ動作において、オブジェクトの１又はそれ以上のデータセグメントを要求デバイス１５５のメモリに送信する。好適な例においては、ストレージコントローラ１５２は、１又はそれ以上のＤＭＡまたはＲＤＭＡ動作において、データを要求デバイス１５５のメモリに押し出す。別の実施例においては、要求デバイス１５５は、１又はそれ以上のＤＭＡまたはＲＤＭＡ動作において、ストレージコントローラ１５２からデータを引き出す。別の例においては、ストレージコントローラ１５２は、１又はそれ以上のＤＭＡまたはＲＤＭＡ動作において、要求デバイス１５５のメモリからオブジェクトコマンド要求セットを引き出す。別の実施例においては、要求デバイス１５５は、１又はそれ以上のＤＭＡまたはＲＤＭＡ動作において、ストレージコントローラ１５２にオブジェクトコマンド要求セットを押し出す。
一実施例においては、ストレージコントローラ１５２は、ブロックストレージをエミュレートし、要求デバイス１５５とストレージコントローラ１５２との間で通信されるオブジェクトは、１又はそれ以上のデータブロックを具える。一実施例においては、要求デバイス１５５は、ドライバを具え、ストレージデバイス１５０はブロックストレージデバイスとして存在する。例えば、要求デバイス１５５は、要求デバイス１５５が記憶されたデータブロックを所望する位置の物理アドレスとともに所定サイズのデータのブロックを送信することができる。ストレージコントローラ１５２は、データブロックを受信し、データブロックで送信される物理ブロックアドレスを用いるか、または、オブジェクト識別子としての物理ブロックアドレスの変換を用いる。次いで、ストレージコントローラ１５２は、データブロックをパケット化してデータブロックを任意に記憶することによって、オブジェクトまたはオブジェクトのデータセグメントとしてデータブロックを記憶する。次いで、オブジェクトインデックスモジュール２６６は、物理的ブロックベースのオブジェクト識別子と、ストレージコントローラ１５２がデータブロックのデータを具えるデータパケットを記憶した実際の物理位置とを用いて、オブジェクトインデックス内にエントリを生成する。
別の実施例においては、ストレージコントローラ１５２は、ブロックオブジェクトを受け入れることでブロックストレージをエミュレートする。ブロックオブジェクトは、ブロック構造中に１又はそれ以上のデータブロックを具えることができる。一実施例においては、ストレージコントローラ１５２は、その他のオブジェクトとしてブロックオブジェクトを処理する。別の実施例においては、オブジェクトは、完全なブロックデバイス、ブロックデバイスのパーティション、又は、トラック、セクタ、チャネルなどを含むブロックデバイスの他の論理若しくは物理サブエレメントを表す。特筆すべきことは、ブロックデバイスＲＡＩＤグループを、進行型ＲＡＩＤなどの異なるＲＡＩＤ構造をサポートするオブジェクトに再マッピングする能力である。当分野の当業者は、従来または将来のブロックデバイスをオブジェクトへの他のマッピングが分かるであろう。
ソリッドステートストレージデバイス
図２Ｂは、本発明によるソリッドステートデバイス１０２内に書き込みデータパイプライン１０６および読み出しデータパイプライン１０８を具えるソリッドステートデバイスコントローラ２０２の一実施例２０１を示す概略ブロック図である。ソリッドステートストレージデバイスコントローラ２０２は、各々がソリッドステートストレージ１１０を制御する多数のソリッドステートストレージコントローラ０−Ｎ１０４ａ−ｎを具えることができる。示した実施例においては、２つのソリッドステートコントローラが示され、ソリッドステートコントローラ０ １０４ａおよびソリッドステートストレージコントローラＮ １０４ｎは、それぞれ、ソリッドステートストレージ１１０ａ−ｎを制御する。示された実施例においては、ソリッドステートストレージコントローラ０ １０４ａは、データチャネルを制御し、接続したソリッドステートストレージ１１０ａはデータを記憶する。ソリッドステートストレージコントローラＮ １０４ｎは、記憶したデータと関連するインデックスメタデータチャネルを制御し、関連するソリッドステートストレージ１１０ｎはインデックスメタデータを記憶する。代替の実施例においては、ソリッドステートストレージデバイスコントローラ２０２は、単一のソリッドステートストレージ１１０ａを有する単一のソリッドステートコントローラ１０４ａを具える。別の実施例においては、複数のソリッドステートストレージコントローラ１０４ａ−ｎおよび関連するソリッドステートストレージ１１０ａ−ｎがある。一実施例においては、付随のソリッドステートストレージ１１０ａ−１１０ｎ−１に接続した１又はそれ以上のソリッドステートコントローラ１０４ａ−１０４ｎ−１は、データを制御し、付随のソリッドステートストレージ１１０ｎに接続したソリッドステートストレージコントローラ１０４ｎは、インデックスメタデータを制御する。
一実施例においては、少なくとも１つのソリッドステートコントローラ１０４は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（「ＦＰＧＡ」）であり、コントローラ機能は、ＦＰＧＡにプログラムされる。特定の実施例においては、ＦＰＧＡはＸｉｌｉｎｘ（登録商標）ＦＰＧＡである。別の実施例においては、ソリッドステートストレージコントローラ１０４は、特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）またはカスタム論理回路ソリューションのような特別に設計された構成を具える。各ソリッドステートストレージコントローラ１０４は、一般的に、書き込みデータパイプライン１０６および読み出しデータパイプライン１０８を具えており、これらは、図３で更に説明する。別の実施例においては、少なくとも１つのソリッドステートストレージコントローラ１０４は、結合型ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣおよびカスタム論理回路構成から構成される。
ソリッドステートストレージ
ソリッドステートストレージ１１０は、バンク２１４内で構成され、双方向ストレージ入力／出力（「Ｉ／Ｏ」）バス２１０を通って並列にアクセスできる、非揮発性ソリッドステートストレージエレメント２１６、２１８、２２０のアレイである。一実施例においては、ストレージＩ／Ｏバス２１０は、どの場合でも単方向通信が可能である。例えば、データがソリッドステートストレージ１１０に書き込まれるとき、データは、ソリッドステートストレージ１１０から読み出すことはできない。別の実施例においては、データは、双方向に同時に流れうる。なお、データバスに関して本明細書で用いられるように、双方向が意味するのは、一度に一方向のみにしかデータフローを有さないが、双方向データバス上で一方向のデータフローが停止したときは、データは、双方向データバス上の逆方向にデータをフローすることができるデータ経路である。
ソリッドステートストレージエレメント（例えば、ＳＳＳ ０．０ ２１６ａ）は、一般的に回路基板上のチップ（１又はそれ以上のダイのパッケージ）またはダイとして構成される。示されているように、これらの複数のエレメントが、チップパッケージ、チップパッケージのスタックまたはその他のパッケージエレメントに一緒にパッケージされている場合であっても、ソリッドステートストレージエレメント（例えば、２１６ａ）は、他のソリッドストレージエレメント（例えば、２１８ａ）から独立または準独立的に動作する。示されているように、ソリッドステートストレージ２１６、２１８、２２０の段は、バンク２１４として指定される。示されているように、ソリッドステートストレージ１１０内のｎ×ｍのソリッドステートストレージエレメント２１６、２１８、２２０のアレイにおいて、バンクあたり「ｎ」バンク２１４ａ−ｎおよび「ｍ」ソリッドステートストレージエレメント２１６ａ−ｍ、２１８ａ−ｍ、２２０ａ−ｍが存在していてもよい。一実施例においては、ソリッドステートストレージ１１０ａは、８つのバンク２１４を有するバンク２１４あたり２０のソリッドステートストレージエレメント２１６、２１８、２２０を具え、ソリッドステートストレージ１１０ｎは、１つのバンク２１４を有するバンク２１４あたり、２つのソリッドステートストレージエレメント２１６、２１８を具える。一実施例においては、各ソリッドステートストレージエレメント２１６、２１８、２２０は、シングルレベルセル（「ＳＬＣ」）デバイスからなっている。別の実施例においては、各ソリッドステートストレージエレメント２１６、２１８、２２０は、マルチレベルセル（「ＭＬＣ」）デバイスからなっている。
一実施例においては、共通ストレージＩ／Ｏバス２１０ａ列（例えば、２１６ｂ、２１８ｂ、２２０ｂ）を共有する複数のバンク用のソリッドステートストレージエレメントは、一緒にパッケージされる。一実施例においては、ソリッドステートストレージエレメント２１６、２１８、２２０は、チップあたり１又はそれ以上のダイを有することができ、１又はそれ以上のチップは、垂直方向にスタックされ、各ダイは別個にアクセス可能である。別の実施例においては、ソリッドステートストレージエレメント（例えば、ＳＳＳ０．０ ２１６ａ）は、ダイあたり１又はそれ以上の仮想ダイと、チップあたり１又はそれ以上のダイと、垂直方向にスタックされた１又はそれ以上のチップと、を有し、各仮想ダイは別個にアクセス可能である。別の実施例においては、ソリッドステートストレージエレメントＳＳＳ０．０ ２１６ａは、ダイあたり１又はそれ以上の仮想ダイと、チップあたり１又はそれ以上のダイと、を有し、１又はそれ以上のダイの一部または全部が垂直方向にスタックされ、各仮想ダイは別個にアクセス可能である。
一実施例においては、２つのダイが、グループあたり４つのスタックとともに垂直方向にスタックされ、８つのストレージエレメント（例えば、ＳＳＳ０．０−ＳＳＳ０．８）２１６ａ−２２０ａを形成し、各々は、別のバンク２１４ａ−ｎにある。別の実施例においては、２０のストレージエレメント（例えば、ＳＳＳ０．０−ＳＳＳ２０．０）２１６は、仮想バンク２１４ａを形成し、８の仮想バンクの各々は、２０のストレージエレメント（例えば、ＳＳＳ０．０−ＳＳＳ２０．８）２１６、２１８、２２０を有する。データは、ストレージエレメント（ＳＳＳ０．０−ＳＳＳ０．８）２１６ａ、２１８ａ、２２０ａの特定のグループの総てのストレージエレメントへのストレージＩ／Ｏバス２１０にわたって、ソリッドステートストレージ１１０に送信される。ストレージ制御バス２１２ａは、特定のバンク（例えば、バンク−０ ２１４ａ）を選択するために用いられ、総てのバンク２１４に接続されたストレージＩ／Ｏバス２１０にわたって受信されるデータは、選択されたバンク２１４ａに書き込まれる。
好ましい実施例においては、ストレージＩ／Ｏバス２１０は、１又はそれ以上の独立Ｉ／Ｏバスからなり（２１０ａ．ａ−ｍ、２１０ｎ．ａ−ｍを具える「ＩＩＯＢａ−ｍ」）、各列内のソリッドステートストレージエレメントは、各ソリッドステートストレージエレメント２１６、２１８、２２０に並行してアクセスする独立Ｉ／Ｏバスの１つを共有するので、総てのバンク２１４は、同時にアクセスされる。例えば、ストレージＩ／Ｏバス２１０の１つのチャネルは、各バンク２１４ａ−ｎの第１のソリッドステートストレージエレメント２１６ａ、２１８ａ、２２０ａに同時にアクセスすることができる。ストレージＩ／Ｏバス２１０の第２のチャネルは、各バンク２１４ａ−ｎの第２のソリッドステートストレージエレメント２１６ｂ、２１８ｂ、２２０ｂに同時にアクセスできる。ソリッドステートストレージ２１６、２１８、２２０の各列は、同時にアクセスされる。一実施例においては、ソリッドステートストレージエレメント２１６、２１８、２２０がマルチレベルで（物理的にスタックされている）ある場合、ソリッドステートストレージエレメント２１６、２１８、２２０の総ての物理レベルは、同時にアクセスされる。本明細書で用いられるように、「同時に」は、ほぼ同時のアクセスを含み、デバイスは、スイッチングノイズを回避するために、わずかに異なる間隔でアクセスされる。「同時に」はこのような構成で用いられて、連続または直列アクセスと区別し、コマンドおよび／またはデータは、交互に別個に送信される。
一般的に、バンク２１４ａ−ｎは、ストレージ制御バス２１２を用いて別個に選択される。一実施例においては、バンク２１４は、使用可能チップまたは選択チップを用いて選択される。選択チップおよび使用可能チップの両方が使用可能な場合、ストレージ制御バス２１２は、マルチレベルのソリッドステートストレージエレメント２１６、２１８、２２０の１つのレベルを選択することができる。その他の実施例においては、ストレージ制御バス２１２によって他のコマンドが用いられて、マルチレベルのソリッドステートストレージエレメント２１６、２１８、２２０の１つのレベルを別個に選択する。ソリッドステートストレージエレメント２１６、２１８、２２０は、ストレージＩ／Ｏバス２１０およびストレージ制御バス２１２上で送信される制御及びアドレス情報との組み合わせを通じて選択されてもよい。
一実施例においては、各ソリッドステートストレージエレメント２１６、２１８、２２０は、消去ブロックに分割され、各消去ブロックは、ページに分割される。一般的なページは、２０００バイト（「２ｋＢ」）である。一例においては、ソリッドステートストレージエレメント（例えば、ＳＳＳ０．０）は、２つのレジスタを具え、２つのページをプログラムして、２つのレジスタのソリッドステートストレージエレメント２１６、２１８、２２０が、４ｋＢの容量を有することができる。更に、２０のソリッドステートストレージエレメント２１６、２１８、２２０のバンク２１４は、ストレージＩ／Ｏバス２１０のチャネルを通る同一アドレスでアクセスされる８０ｋＢのページ容量を有する。
８０ｋＢのソリッドステートストレージエレメント２１６、２１８、２２０のバンク２１４における上記ページのグループは、仮想ページと呼ばれる。同様にバンク２１４ａの各ストレージエレメント２１６ａ−ｍの消去ブロックは、仮想消去ブロックを形成するようにグループ化されてもよい。好ましい実施例においては、ソリッドステートストレージエレメント２１６、２１８、２２０内のページの消去ブロックは、消去コマンドがソリッドステートストレージエレメント２１６、２１８、２２０内で受信されたときに消去される。消去ブロック、ページ、プレーンまたはソリッドステートストレージエレメント２１６、２１８、２２０内のその他の論理および物理部分のサイズおよび数が、技術の進歩に伴い、時宜にわたって変化することが予想されるが、新規構成に一致する多数の実施例が、可能であり、本明細書の一般的説明と一致すると分かるであろう。
一般的に、パケットがソリッドステートストレージエレメント２１６、２１８、２２０内の特定位置に書き込まれ、このパケットが特定バンクの特定エレメントの特定消去ブロックに特有である、特定ページ内の位置に書き込まれるように意図されている場合、物理アドレスは、ストレージＩ／Ｏバス２１０上で送信され、パケットがそれに続く。物理アドレスは、パケットをページ内の指定位置へと配向するための、ソリッドステートストレージエレメント２１６、２１８、２２０の情報を十分に保有している。ストレージエレメント（例えば、ＳＳＳ０．０−ＳＳＳ０．Ｎ ２１６ａ、２１８ａ、２２０ａ）の列における総てのストレージエレメントは、ストレージＩ／Ｏバス２１０ａ．ａ内の適宜なバスによって同時にアクセスされ、適宜なページに到達し、ストレージエレメント（ＳＳＳ０．０−ＳＳＳ０．Ｎ ２１６ａ、２１８ａ、２２０ａ）の列において同様にアドレスされたページに、データパケットを書き込むことを回避するため、データパケットが書き込まれるべき正規のページを有するソリッドステートストレージエレメントＳＳＳ０．０ ２１６ａを具えるバンク２１４ａは、ストレージ制御バス２１２によって同時に選択される。
同様に、ストレージＩ／Ｏバス２１０上を移動する読み出しコマンドは、単一のバンク２１４ａと、このバンク２１４ａ内の適宜なページとを選択するために、ストレージ制御バス２１２上の同時コマンドを要求する。好ましい実施例においては、読み出しコマンドはページ全体を読み出し、バンク２１４においては並行して複数のソリッドステートストレージエレメント２１６、２１８、２２０があるため仮想ページ全体は読み出しコマンドを用いて読み出される。しかしながら、読み出しコマンドは、バンクインタリーブに関して以下で説明するように、サブコマンドに分割可能である。更に、仮想ページは、書き込み動作でアクセス可能である。
消去ブロック消去コマンドは、特定の消去ブロックを消去する特定の消去ブロックアドレスを用いて、ストレージＩ／Ｏバス２１０にわたって、消去ブロックを消去するように送信できる。一般的に、消去ブロック消去コマンドは、仮想消去ブロックを消去するために、ストレージＩ／Ｏバス２１０の並列な経路にわたり送信でき、各々が特定の消去ブロックを消去する特定の消去ブロックアドレスを有する。同時に、特定バンク（例えば、バンク−０ ２１４ａ）がストレージ制御バス２１２で選択され、総てのバンク（バンク１−Ｎ ２１４ｂ−ｎ）における同様にアドレスされたブロックが消去されるのを防止する。更に、その他のコマンドは、ストレージＩ／Ｏバス２１０とストレージ制御バス２１２との組み合わせを用いて特定位置に送信できる。当分野の当業者は、双方向ストレージＩ／Ｏバス２１０およびストレージ制御バス２１２を用いて、特定のストレージ位置を選択できるその他の方法が分かるであろう。
一実施例においては、パケットは、ソリッドステートストレージ１１０に連続に書き込まれる。例えば、パケットは、ストレージエレメント２１６のバンク２１４ａのストレージ書き込みバッファへとストリーミングされ、バッファが一杯の場合、パケットは、指定の仮想ページにプログラムされる。次いで、パケットは、ストレージ書き込みバッファを補充し、一杯の場合、パケットは、次の仮想ページに書き込まれる。次の仮想ページは、同一バンク２１４ａまたは別のバンク（例えば、２１４ｂ）内にあってもよい。このプロセスは、一般的に、仮想消去ブロックが満たされるまで、仮想ページごとに繰り返される。別の実施例においては、ストリーミングは、仮想消去ブロック境界にわたって継続し、このプロセスは、仮想消去ブロックごとに継続する。
読み出し、変更、書き込み動作において、オブジェクトに関連するデータパケットは、配置され、読み出し動作で読み出される。変更されたオブジェクトのデータセグメントは、データセグメントが読み出される位置に書き込まれない。その代わり、変更されたデータセグメントは、データパケットに再度変換され、次いで、そのとき書き込まれている仮想ページの次の利用可能位置に書き込まれる。それぞれのデータパケットのオブジェクトインデックスエントリは、変更されたデータセグメントを含むパケットに対し指示するように変更される。変更されていない同一オブジェクトに関連したデータパケットのオブジェクトインデックスの１又はそれ以上のエントリは、未変更データパケットの元の位置に対するポインタを具える。従って、例えば、オブジェクトの前バージョンを維持するために、元のオブジェクトを維持している場合、元のオブジェクトは、もともと書き込まれていた総てのデータパケットに対するオブジェクトインデックスのポインタを有する。この新規オブジェクトは、元のデータパケットに対するオブジェクトインデックスのポインタと、その時に書き込まれている仮想ページにおける変更データパケットに対するポインタとを有する。
コピー動作において、オブジェクトインデックスは、ソリッドステートストレージ１１０に記憶された多数のパケットにマッピングされた元のオブジェクトのエントリを具える。コピーが生成されるとき、新規オブジェクトが生成され、新規エントリが、元のパケットに新規オブジェクトをマッピングするオブジェクトインデックスに生成される。新規オブジェクトは、ソリッドステートストレージ１１０に書き込まれ、その位置は、オブジェクトインデックスの新規エントリにマッピングされる。新規オブジェクトパケットは、コピーに伝搬されていない元のオブジェクトで変更が生じ、オブジェクトインデックスが損失または破損した場合に、参照される元のオブジェクト内のパケットを識別するために用いられる。
有益なことに、パケットを連続に書き込むことは、ソリッドステートストレージ１１０のより均等な利用を容易にし、ソリッドストレージデバイスコントローラ２０２がソリッドステートストレージ１１０内のストレージホットスポットおよび様々な仮想ページの利用レベルをモニタすることを可能にする。更に、パケットを連続に書き込むことは、下記で詳細に示すように、強力で有効なガベージコレクションシステムを容易にする。当分野の当業者は、データパケットの連続ストレージのその他の利点が分かるであろう。
ソリッドステートストレージデバイスコントローラ
様々な実施例においては、ソリッドステートストレージデバイスコントローラ２０２は、データバス２０４、ローカルバス２０６、バッファコントローラ２０８、バッファ０−Ｎ ２２２ａ−ｎ、マスタコントローラ２２４、ダイレクトメモリアクセス（「ＤＭＡ」）コントローラ２２６、メモリコントローラ２２８、ダイナミックメモリアレイ２３０、スタティックランダムメモリアレイ２３２、管理コントローラ２３４、管理バス２３６、システムバス２４０へのブリッジ２３８、および、種々雑多な論理回路２４２を更に具え、以下にこれを示す。他の実施例においては、システムバス２４０は、１又はそれ以上のネットワークインタフェースカード（「ＮＩＣｓ」）２４４に結合し、そのうちのいくつかは、リモートＤＭＡ（「ＲＤＭＡ」）コントローラ２４６、１又はそれ以上の中央処理装置（「ＣＰＵ」）２４８、１又はそれ以上の外部メモリコントローラ２５０および関連する外部メモリアレイ２５２、１又はそれ以上のストレージコントローラ２５４、ピアコントローラ２５６およびアプリケーション特有のプロセッサ２５８を具え、これらは以下で説明する。システムバス２４０に接続された構成２４４−２５８は、コンピュータ１１２に配置されてもよく、その他のデバイスであってもよい。
一般的に、ソリッドステートストレージコントローラ１０４は、ストレージＩ／Ｏバス２１０を介してソリッドステートストレージ１１０とデータを通信する。ソリッドステートストレージが、バンク２１４内に配列され、各々のバンク２１４が、並列にアクセスされる複数のストレージエレメント２１６、２１８、２２０を具える一般的な実施例においては、ストレージＩ／Ｏバス２１０は、バスのアレイであり、ストレージエレメント２１６、２１８、２２０の各列の１つは、バンク２１４に及んでいる。本明細書で用いられるように、用語「ストレージＩ／Ｏバス」は、１つのストレージＩ／Ｏバス２１０、または、データ独立性バス２０４のアレイを意味する。好ましい実施例においては、ストレージエレメントの列（例えば、２１６ａ、２１８ａ、２２０ａ）にアクセスする各ストレージＩ／Ｏバス２１０は、ストレージエレメントの列２１６ａ、２１８ａ、２２０ａにアクセスされるストレージ部分（例えば、消去ブロック）の論理−物理マッピングを具えることができる。このマッピングによって、第１のストレージ部分が故障している場合、部分的に故障している場合、アクセス不能な場合、または、その他何らかの問題がある場合に、ストレージ部分の物理アドレスにマッピングされる論理アドレスが、異なるストレージ部分に再マッピングできる。再マッピングは、図４Ａ及び４Ｂの再マッピングモジュール４３０に関連して更に説明する。
データは、システムバス２４０、ブリッジ２３８、ローカルバス２０６、バッファ２２２を介して、また、最終的にデータバス２０４を介して、要求デバイス１５５からソリッドステートストレージコントローラ１０４と通信可能である。データバス２０４は、一般的に、バッファコントローラ２０８を用いて制御される１又はそれ以上のバッファ２２２ａ−ｎに接続される。バッファコントローラ２０８は一般的に、ローカルバス２０６からバッファ２２２への、並びに、データバス２０４を通ってパイプライン入力バッファ３０６および出力バッファ３３０への、データの転送を制御する。一般的に、バッファコントローラ２０８は、どのように、要求デバイス１５５からきたデータがバッファ２２２に一時的に記憶可能で、次いで、データバス２０４上を転送されるかを制御でき、あるいは、その逆も同様に制御でき、異なるクロックドメインにし、データの衝突を防ぐこと等ができる。バッファコントローラ２０８は、一般的にマスタコントローラ２２４とともに作動し、データフローに調和させる。データが到着するときは、データは、システムバス２４０の上に到着し、ブリッジ２３８を介してローカルバス２０６に転送される。
一般的に、データは、マスタコントローラ２２４およびバッファコントローラ２０８によって指示されるように、ローカルバス２０６から１又はそれ以上のデータバッファ２２２へと転送される。次いで、データは、ソリッドステートコントローラ１０４を介してバッファ２２２からデータバス２０４へと、及び、ＮＡＮＤフラッシュまたはその他のストレージメディアなどのようなソリッドステートストレージ１１０へと流れる。好ましい実施例においては、データと、このデータとともにくる関連したバンド外のメタデータ（「オブジェクトメタデータ」）は、１又はそれ以上のソリッドステートストレージコントローラ１０４ａ−１０４ｎ−１および関連するソリッドステートストレージ１１０ａ−１１０ｎ−１を具える１又はそれ以上のデータチャンネルを用いて通信され、一方、少なくとも１つのチャネル（ソリッドステートストレージコントローラ１０４ｎ、ソリッドステートストレージ１１０ｎ）は、インデックス情報や、ソリッドステートストレージデバイス１０２に内部生成されるその他のメタデータなどのような、バンド内のメタデータ専用である。
一般的に、ローカルバス２０６は、双方向バスであるか、または、ソリッドステートストレージデバイスコントローラ２０２の内部のデバイス間、および、ソリッドステートストレージデバイス１０２の内部のデバイスと、システムバス２４０に接続したデバイス２４４−２５８との間において、データおよびコマンドの通信を可能にするバスのセットである。ブリッジ２３８は、ローカルバス２０６とシステムバス２４０との間の通信を容易にする。当分野の当業者は、リング構造またはスイッチ式スター構成、ならびに、バス２４０、２０６、２０４、２１０およびブリッジ２３８の機能などのような、その他の実施例が分かるであろう。
一般的に、システムバス２４０は、コンピュータ１１２のバスであり、または、ソリッドステートストレージデバイス１０２がインストールまたは接続されているその他のデバイスである。一実施例においては、システムバス２４０は、ＰＣＩ−ｅバス、シリアルアドバンステクノロジーアタッチメント（「シリアルＡＴＡ」）バス、パラレルＡＴＡなどでもよい。別の実施例においては、システムバス２４０は、小型コンピュータシステムインタフェース（「ＳＣＳＩ」）、ＦｉｒｅＷｉｒｅ、ファイバチャネル、ＵＳＢ、ＰＣＩｅ−ＡＳなどのような、外部バスである。ソリッドステートストレージデバイス１０２は、デバイスの内側に適用するように、または、外側に接続されたデバイスとして、パッケージされてもよい。
ソリッドステートストレージデバイスコントローラ２０２は、ソリッドステートストレージ１０２内のより高位の機能を制御するマスタコントローラ２２４を具える。マスタコントローラ２２４は、様々な実施例において、オブジェクト要求およびその他の要求を解釈することによってデータフローを制御し、インデックスの生成を命令し、データに関連したオブジェクト識別子を、関連するデータ、協調するＤＭＡ要求等の物理位置にマッピングする。本明細書に記載される機能の多くは、マスタコントローラ２２４によって完全に、又は部分的に制御される。
一実施例においては、マスタコントローラ２２４は、埋込式コントローラを用いる。別の実施例においては、マスタコントローラ２２４は、ダイナミックメモリアレイ２３０（ダイナミックランダムアクセスメモリ「ＤＲＡＭ」）、スタティックメモリアレイ２３２（スタティックランダムアクセスメモリ「ＳＲＡＭ」）など、ローカルメモリを用いる。一実施例においては、ローカルメモリは、マスタコントローラ２２４を用いて制御される。別の実施例においては、マスタコントローラ２２４は、メモリコントローラ２２８を介してローカルメモリにアクセスする。別の実施例においては、マスタコントローラ２２４は、Ｌｉｎｕｘサーバを運用し、ＷｏｒｌｄＷｉｄｅＷｅｂ、ハイパーテキストマークアップ言語（「ＨＴＭＬ」）などのような、様々な共通サーバインタフェースをサポートすることができる。別の実施例においては、マスタコントローラ２２４は、ナノプロセッサを用いる。マスタコントローラ２２４は、プログラマブルな若しくは標準の論理回路、または、上記に挙げたコントローラタイプの組み合わせ、を用いて構成されていてもよい。当分野の当業者は、マスタコントローラ２２４の多数の実施例が分かるであろう。
一実施例においては、ストレージコントローラ１５２／ソリッドステートストレージデバイスコントローラ２０２は、複数のデータストレージデバイス／ソリッドステートストレージ１１０ａ−ｎを管理する場合、マスタコントローラ２２４は、ソリッドステートストレージコントローラ１０４ａ−ｎのような、内部コントローラ中間の作業負荷を分割する。例えば、マスタコントローラ２２４は、データストレージデバイス（例えば、ソリッドステートストレージ１１０ａ−ｎ）に書き込まれるオブジェクトを分割し、オブジェクトの一部は、接続したデータストレージデバイスの各々に記憶できる。この特徴は、オブジェクトへのより迅速なストレージおよびアクセスを可能にする性能向上である。一実施例においては、マスタコントローラ２２４は、ＦＰＧＡを用いて実装される。別の実施例においては、マスタコントローラ２２４内のファームウェアは、管理バス２３６、ＮＩＣ２４４に接続したネットワークを介したシステムバス２４０、または、システムバス２４０に接続したその他のデバイスを介して更新可能である。
一実施例においては、オブジェクトを管理するマスタコントローラ２２４は、ブロックストレージをエミュレートし、コンピュータ１１２、または、ストレージデバイス／ソリッドステートストレージ１０２に接続したその他のデバイスは、ストレージデバイス／ソリッドステートストレージデバイス１０２をブロックストレージデバイスとみなし、ストレージデバイス／ソリッドステートストレージデバイス１０２内の特定の物理アドレスにデータを送信する。次いで、マスタコントローラ２２４は、ブロックを分割し、それをオブジェクトとしてデータブロックに記憶する。更に、マスタコントローラ２２４は、ブロックと、このブロックとともに送信される物理アドレスとを、マスタコントローラ２２４によって決定される実際の位置にマッピングする。このマッピングは、オブジェクトインデックスに記憶される。一般的に、ブロックエミュレーションのために、ブロックデバイスアプリケーションプログラムインタフェース（「ＡＰＩ」）は、コンピュータ１１２、クライアント１１４、または、ブロックストレージデバイスとしてストレージデバイス／ソリッドステートストレージデバイス１０２を用いることを望むその他のデバイス内のドライバに提供される。
別の実施例においては、マスタコントローラ２２４は、ＮＩＣコントローラ２４４および埋込型ＲＤＭＡコントローラ２４６で調整し、ジャストインタイムのデータおよびコマンドセットのＲＤＭＡ転送を配信する。ＮＩＣコントローラ２４４は、非透過性のポートの背後に隠れ、カスタムドライバを用いることができる。更に、クライアント１１４のドライバは、標準スタックＡＰＩを使用し、ＮＩＣ２４４とともに機能するＩ／Ｏメモリドライバを介してコンピュータネットワーク１１６にアクセスできる。
一実施例においては、マスタコントローラ２２４も、独立ドライブ冗長アレイ（「ＲＡＩＤ」）コントローラである。データストレージデバイス／ソリッドステートストレージデバイス１０２が、１又はそれ以上の他のデータストレージデバイス／ソリッドステートストレージデバイス１０２とネットワーク接続される場合、マスタコントローラ２２４は、単階層型ＲＡＩＤ、多階層型ＲＡＩＤ、進行型ＲＡＩＤ等用のＲＡＩＤコントローラでもよい。更に、マスタコントローラ２２４によって、いくつかのオブジェクトはＲＡＩＤアレイに記憶でき、他のオブジェクトはＲＡＩＤなしに記憶できる。別の実施例においては、マスタコントローラ２２４は、分散型ＲＡＩＤコントローラエレメントでもよい。別の実施例においては、マスタコントローラ２２４は、多数のＲＡＩＤ、分散型ＲＡＩＤ、他に記載されるその他の機能を具えることができる。
一実施例においては、マスタコントローラ２２４は、単一または冗長ネットワークマネージャ（例えば、スイッチ）を調整して、ルーティングを構築し、帯域幅使用率、フェイルオーバ等のバランスをとる。別の実施例においては、マスタコントローラ２２４は、統合型アプリケーション特有の論理回路（ローカルバス２０６を介して）と、関連するドライバソフトウェアを調整する。別の実施例においては、マスタコントローラ２２４は、接続されたアプリケーション特有のプロセッサ２５８または論理回路（外部システムバス２４０）および関連するドライバソフトウェアを調整する。別の実施例においては、マスタコントローラ２２４は、リモートのアプリケーション特有の論理回路（コンピュータネットワーク１１６を介して）および関連するドライバソフトウェアを調整する。別の実施例においては、マスタコントローラ２２４は、ローカルバス２０６または外部バス接続ハードディスクドライブ（「ＨＤＤ」）ストレージコントローラを調整する。
一実施例においては、マスタコントローラ２２４は、１又はそれ以上のストレージコントローラ２５４と通信し、ストレージデバイス／ソリッドステートストレージデバイス１０２は、ＳＣＳＩバス、インターネットＳＣＳＩ（「ｉＳＣＳＩ」）、ファイバチャネル等を介して接続されたストレージデバイスとして存在してもよい。その間、ストレージデバイス／ソリッドステートストレージデバイス１０２は、オブジェクトを自律的に管理することができ、オブジェクトファイルシステムまたは分散型オブジェクトファイルシステムとして存在してもよい。マスタコントローラ２２４は、ピアコントローラ２５６および／またはアプリケーション特有のプロセッサ２５８によってアクセスすることができる。
別の実施例においては、マスタコントローラ２２４は、自律的に統合された管理コントローラを調整し、ＦＰＧＡコードおよび／またはコントローラソフトウェアを定期的に確認し、（リセット）を実行中にＦＰＧＡコードを確認し、および／または、（リセット）出力中にコントローラソフトウェアを確認し、外部リセット要求をサポートし、監視タイムアウトによるリセット要求をサポートし、電圧、電流、電力、温度及びその他の環境測定値をサポートし、閾値の設定が中断する。別の実施例においては、マスタコントローラ２２４は、ガベージコレクションを管理し、再利用のための消去ブロックを含まない。別の実施例においては、マスタコントローラ２２４は、摩耗レベルを管理する。別の実施例においては、マスタコントローラ２２４によって、データストレージデバイス／ソリッドステートストレージデバイス１０２が、複数の仮想デバイスに分割され、パーティションベースメディアの暗号化が可能となる。さらなる別の実施例においては、マスタコントローラ２２４は、有利な複数ビットＥＣＣ修正部を有するソリッドステートストレージコントローラ１０４をサポートする。当分野の当業者は、ストレージコントローラ１５２において、または、より具体的には、ソリッドステートストレージデバイス１０２において、マスタコントローラ２２４のその他の特性および機能が分かるであろう。
一実施例においては、ソリッドステートストレージデバイスコントローラ２０２は、ダイナミックランダムメモリアレイ２３０および／またはスタティックランダムメモリアレイ２３２を制御するメモリコントローラ２２８を具える。上述したように、メモリコントローラ２２８は、独立しているか、または、マスタコントローラ２２４と統合されている。一般的に、メモリコントローラ２２８は、ＤＲＡＭ（ダイナミックランダムメモリアレイ２３０）およびＳＲＡＭ（スタティックランダムメモリアレイ２３２）などのような、いくつかのタイプの揮発メモリを制御する。他の例においては、メモリコントローラ２２８は、電気的消去可能なプログラム可能読み出し専用メモリ（「ＥＥＰＲＯＭ」）などのような、その他のメモリタイプを制御できる。他の実施例においては、メモリコントローラ２２８は、２又はそれ以上のメモリタイプを制御し、メモリコントローラ２２８は、１以上のコントローラを具えてもよい。一般的に、メモリコントローラ２２８は、ＳＲＡＭ２３２を補助するＤＲＡＭ２３０による、実行可能な限りの多くのＳＲＡＭ２３２制御する。
一実施例においては、オブジェクトインデックスは、メモリ２３０、２３２内に記憶され、次いで、ソリッドステートストレージ１１０ｎのチャネルまたはその他の非揮発性メモリに定期的にオフロードされる。当分野の当業者は、ダイナミックメモリアレイ２３０、メモリコントローラ２２８およびスタティックメモリアレイ２３２のその他の使用および設定が分かるであろう。
一実施例においては、ソリッドステートストレージデバイスコントローラ２０２はＤＭＡコントローラ２２６を具え、このＤＭＡコントローラ２２６は、ストレージデバイス／ソリッドステートストレージデバイス１０２および１又はそれ以上の外部メモリコントローラ２５０、関連する外部メモリアレイ２５２およびＣＰＵ２４８間のＤＭＡ動作を制御する。なお、外部メモリコントローラ２５０および関連する外部メモリアレイ２５２は、ストレージデバイス／ソリッドステートストレージデバイス１０２の外部にあるので外部と呼ぶことに留意されたい。更に、ＤＭＡコントローラ２２６も、ＮＩＣ２４４を介した要求デバイスおよび関連するＲＤＭＡコントローラ２４６を用いてＲＤＭＡ動作を制御することができる。ＤＭＡおよびＲＤＭＡは、以下でより詳細に説明する。
一実施例においては、ソリッドステートストレージデバイスコントローラ２０２は、管理バス２３６に接続された管理コントローラ２３４を具える。一般的に、管理コントローラ２３４は、環境基準値およびストレージデバイス／ソリッドステートストレージデバイス１０２のステータスを管理する。管理コントローラ２３４は、管理バス２３６を介してデバイス温度、ファン速度、電力供給設定などをモニタすることができる。管理コントローラ２３４は、ＦＰＧＡコードおよびコントローラソフトウェアのストレージ用の、消去可能なプログラム可能読み出し専用メモリ（「ＥＥＰＲＯＭ」）の読み出しおよびプログラミングをサポートすることができる。一般的に、管理バス２３６は、ストレージデバイス／ソリッドステートストレージデバイス１０２内に様々な構成を接続させる。管理コントローラ２３４は、ローカルバス２０６を介して、アラート、中断などと通信でき、システムバス２４０または他のバスに対対する別の接続を具えることができる。一実施例においては、管理バス２３６は、Ｉｎｔｅｒ−Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ（Ｉ２Ｃ）バスである。当分野の当業者は、管理バス２３６によってストレージデバイス／ソリッドステートストレージデバイス１０２の構成に接続された、管理コントローラ２３４のその他の関連する機能および利用が分かるであろう。
一実施例においては、ソリッドステートストレージデバイスコントローラ２０２は、特定のアプリケーションにカスタマイズ可能な種々雑多な論理回路２４２を具える。一般的に、ソリッドステートデバイスコントローラ２０２またはマスタコントローラ２２４が、ＦＰＧＡまたはその他の構成可能コントローラを用いて構成される場合、特定のアプリケーション、カスタマ要求、ストレージ要求に基づく、カスタム論理回路が含まれる。
データパイプライン
図３は、本発明によるソリッドステートストレージデバイス１０２における書き込みデータパイプライン１０６および読み出しデータパイプライン１０８を有する、ソリッドステートストレージコントローラ１０４の一実施例３００を示した概略ブロック図である。実施例３００は、データバス２０４、ローカルバス２０６およびバッファコントローラ２０８を具え、これらは、図２のソリッドステートストレージデバイスコントローラ２０２に関連して記載されたものと実質的に同等である。書き込みデータパイプライン１０６は、パケッタイザ３０２およびエラー修正コード（「ＥＣＣ」）ジェネレータ３０４を具える。他の実施例においては、書き込みデータパイプライン１０６は、入力バッファ３０６、書き込み同期バッファ３０８、書き込みプログラムモジュール３１０、圧縮モジュール３１２、暗号化モジュール３１４、ガベージコレクタバイパス３１６（読み出しデータパイプライン１０８内の一部を有する）、メディア暗号化モジュール３１８、および、書き込みバッファ３２０を具える。読み出しデータパイプライン１０８は、読み出し同期バッファ３２８、ＥＣＣ修正モジュール３２２、デパケッタイザ（ｄｅｐａｃｋｅｔｉｚｅｒ）３２４、アライメントモジュール３２６および出力バッファ３３０を具える。他の実施例においては、読み出しデータパイプライン１０８は、メディア復号化モジュール３３２、ガベージコレクタバイパス３１６の一部、復号化モジュール３３４、解凍モジュール３３６および読み出しプログラムモジュール３３８を具えることができる。ソリッドステートストレージコントローラ１０４は、更に、制御およびステータスレジスタ３４０、制御待ち行列３４２、バンクインタリーブコントローラ３４４、同期バッファ３４６、ストレージバスコントローラ３４８およびマルチプレクサ（「ＭＵＸ」）３５０を具えることができる。ソリッドステートコントローラ１０４の構成および関連する書き込みデータパイプライン１０６および読み出しデータパイプライン１０８は、以下で説明する。他の実施例においては、同期ソリッドステートストレージ１１０を用いることができ、同期バッファ３０８、３２８を省くことができる。
書き込みデータパイプライン
書き込みデータパイプライン１０６は、直接または間接的に別の書き込みデータパイプライン１０６のステージを介して、ソリッドステートストレージに書き込まれるデータ又はメタデータセグメントを受信する、パケッタイザ３０２を具え、ソリッドステートストレージ１１０用に調整された１又はそれ以上のパケットを生成する。データまたはメタデータセグメントは、一般的に、オブジェクトの一部であるが、オブジェクト全体を具えることもできる。別の実施例においては、データセグメントは、データブロックの一部であるが、データブロック全体を具えることもできる。一般的に、オブジェクトは、コンピュータ１１２、クライアント１１４またはその他のコンピュータ若しくはデバイスから受信し、ソリッドステートストレージデバイス１０２またはコンピュータ１１２にストリーミングされるデータセグメントでソリッドステートストレージデバイス１０２に送信される。更に、データセグメントは、データ区域など、別の名称として周知であるが、本明細書で規定されるように、オブジェクトまたはデータブロックの総てまたは一部を具える。
各オブジェクトは、１又はそれ以上のパケットとして記憶される。各オブジェクトは、１又はそれ以上のコンテナパケットを有することができる。各パケットはヘッダを含む。ヘッダは、ヘッダ型フィールドを具えることができる。タイプフィールドは、データ、オブジェクト属性、メタデータ、データセグメントデリミタ（マルチパケット）、オブジェクト構造、オブジェクト結合などを具えることができる。ヘッダは、パケットに含まれるデータのバイト数のような、パケットサイズに関する情報を具えることができる。パケットの長さは、パケットタイプによって構築可能である。ヘッダは、オブジェクトに対するパケットの関係性を構築する情報を具えることができる。一例では、オブジェクト内のデータセグメントの位置を識別するために、データパケットヘッダのオフセットを用いることができる。当分野の当業者は、パケッタイザ３０２によってデータに加えられるヘッダに含まれるその他の情報、および、データパケットに加えられるその他の情報が分かるであろう。
各パケットは、データまたはデータセグメントからのヘッダおよび可能であればデータを具えることができる。各パケットのヘッダは、パケットが属するオブジェクトにパケットに関連させる、関連情報を具える。例えば、ヘッダは、データパケットを形成していたデータセグメント、オブジェクトまたはデータブロックを示すオブジェクト識別子およびオフセットを具えることができる。更に、ヘッダは、パケットを記憶するための、ストレージバスコントローラによって用いられる論理アドレスを具えることができる。また、ヘッダは、パケットに含まれるバイト数のような、パケットの大きさに関する情報を具えることができる。更に、ヘッダは、データセグメントまたはオブジェクトを復元するとき、データセグメントがオブジェクト内のその他のパケットに対して属しているところを識別するシーケンス番号を具えることができる。ヘッダは、ヘッダ型フィールドを具えることができる。タイプフィールドは、データ、オブジェクト属性、メタデータ、データセグメントデリミタ（マルチパケット）、オブジェクト構造、オブジェクト結合などを具えることができる。当分野当業者は、パケッタイザ３０２によってデータ又はメタデータに加えられるヘッダに含まれてもよいその他の情報、および、パケットに加えることができる他の情報が分かるであろう。
書き込みデータパイプライン１０６は、パケッタイザ３０２から受信する１又はそれ以上のパケット用の１又はそれ以上のエラー修正コード（「ＥＣＣ」）を生成するＥＣＣジェネレータ３０４を具える。ＥＣＣジェネレータ３０４は、一般的に、エラー修正アルゴリズムを用いて、パケットとともに記憶されるＥＣＣを生成する。パケットとともに記憶されたＥＣＣは、一般的に、送信および記憶を通ったデータに入ったエラーを検出し修正するために用いられる。一実施例においては、パケットは、長さＮの符号化されないブロックとしてＥＣＣジェネレータ３０４内にストリーミングされる。長さＳのシンドロームが計算され、追加され、長さＮ＋Ｓの符号化ブロックとして出力される。Ｎ値およびＳ値は、特別な性能、効率およびロバスト性の基準値を得るために選択されるアルゴリズムの特性に依存している。好ましい実施例においては、ＥＣＣブロックとパケットとの間において、固定された関係性はなく、パケットは、１以上のＥＣＣブロックを具えることができ、ＥＣＣブロックは、１以上のパケットを具えることができ、第１のパケットは、ＥＣＣブロック内のどこで終結してもよく、同一のＥＣＣブロック内の第１のパケットの末端の後から第２のパケットは開始することができる。好ましい実施例においては、ＥＣＣアルゴリズムは、動的に変更されない。好ましい実施例においては、データパケットとともに記憶されたＥＣＣは、２より大きいビットにおけるエラーを修正するのに十分にロバストである。
有利には、シングルビット以上の修正またはダブルビット修正でさえ可能なロバストなＥＣＣアルゴリズムを用いることで、ソリッドステートストレージ１１０の寿命を延長させることができる。例えば、ソリッドステートストレージ１１０内のストレージ媒体としてフラッシュメモリが用いられる場合、フラッシュメモリは、消去サイクルにつきエラーなしで、約１００，０００回書き込み可能である。この利用限界は、ロバストなＥＣＣアルゴリズムを用いて拡張することができる。ＥＣＣジェネレータ３０４を有し、ソリッドステートストレージデバイス１０２に搭載されたＥＣＣ修正モジュール３２２を対応させることで、ソリッドステートストレージデバイス１０２は、エラーを内部で修正することができ、シングルビット修正のような、より低ロバスト性のＥＣＣアルゴリズムを使用した場合よりも長い寿命を有することができる。しかしながら、その他の実施例においては、ＥＣＣジェネレータ３０４は、より低ロバスト性のアルゴリズムを用いることができ、シングルビットまたはダブルビットエラーを修正できる。別の実施例においては、ソリッドステートストレージデバイス１１０は、容量を増大するためにマルチレベルセル（「ＭＬＣ」）フラッシュなど信頼性が低いストレージを具えてもよく、ストレージは、よりロバストなＥＣＣアルゴリズムがなく、十分な信頼性がなくてもよい。
一実施例においては、書き込みパイプライン１０６は、入力バッファ３０６を具え、この入力バッファ３０６は、ソリッドステートストレージ１１０に書き込まれるデータセグメントを受信し、パケッタイザ３０２のような、書き込みデータパイプライン１０６の次のステージ（またはより複雑な書き込みデータパイプライン１０６用のその他のステージ）が準備され、次のデータセグメントを処理されるまでに、入ってくるデータセグメントを記憶する。一般的に、入力バッファ３０６によって、データセグメントが適宜なサイズのデータバッファを用いて書き込みデータパイプライン１０６によって受信、処理される頻度の差異を許容することができる。更に、入力バッファ３０６によって、データバス２０４の動作効率を改善するために、データバス２０４は、書き込みデータパイプライン１０６によって維持できるよりも大きな頻度で、データを書き込みデータパイプライン１０６に転送できる。一般的に、書き込みデータパイプライン１０６は、入力バッファ３０６を具えていないときは、バッファリング機能は、ソリッドステートストレージ１０２内であるが書き込みパイプライン１０６の外側、ネットワークインタフェースカード（「ＮＩＣ」）内のようなコンピュータ１１２内、または、例えば、リモートダイレクトメモリアクセス（「ＲＤＡＭ」）を用いるときの別のデバイスのような、あらゆる場所で実行される。
別の実施例においては、書き込みデータパイプライン１０６は、ソリッドステートストレージ１１０にパケットを書き込む前に、ＥＣＣジェネレータ３０４から受信したパケットをバッファリングする書き込み同期バッファ３０８を更に具えることができる。書き込み同期バッファ３０８は、ローカルクロックドメインとソリッドステートストレージクロックドメインとの間の境界に配置され、クロックドメイン差を考慮するためのバッファリングを提供する。他の実施例においては、同期型ソリッドステートストレージ１１０を用いることができ、同期用バッファ３０８、３２８を省くことができる。
一実施例においては、書き込みデータパイプライン１０６は、更に、メディア暗号化モジュール３１８を具えることができ、このモジュール３１８は、パケッタイザ３０２から直接または間接的に、１又はそれ以上のパケットを受信して、ＥＣＣジェネレータ３０４にパケットを送信する前に、ソリッドステートストレージデバイス１０２に固有の暗号化キーを用いて、１又はそれ以上のパケットを暗号化する。一般的に、ヘッダを含む完全なパケットは暗号化される。別の実施例においては、ヘッダは、暗号化されない。本明細書においては、暗号化キーは、ソリッドステートストレージ１１０を統合する、暗号化保護を必要とする具体例の外部で管理されるシークレット暗号化キーを意味することを理解されたい。メディア暗号化モジュール３１８および関連するメディア暗号化モジュール３３２は、ソリッドステートストレージ１１０に記憶されるデータの安全レベルを提供する。例えば、データが、メディア暗号化モジュール３１８で暗号化されるとき、ソリッドステートストレージ１１０が、異なるソリッドステートストレージコントローラ１０４、ソリッドステートストレージデバイス１０２またはコンピュータ１１２に接続される場合、ソリッドステートストレージ１１０の内容は、一般的に、大きな労力を要さずに、ソリッドステートストレージ１１０にデータを書き込む間に用いられる同一の暗号化キーを使用せずに読み出すことができない。
一般的な実施例においては、ソリッドステートストレージデバイス１０２は、非揮発性ストレージの暗号化キーを記憶できず、暗号化キーへのいかなる外部からのアクセスもできない。暗号化キーは、初期化中に、ソリッドステートストレージコントローラ１０４に提供される。ソリッドステートストレージデバイス１０２は、暗号化キーとともに用いられる、非シークレット暗号化ナンスを使用および記憶できる。異なるナンスは、パケット毎に記憶できる。データセグメントは、暗号化アルゴリズムによる保護を改善するために、固有のナンスを有する複数のパケット間に分割できる。暗号化キーは、クライアント１１４、コンピュータ１１２、キーマネージャ、または、ソリッドステートストレージコントローラ１０４によって用いられる暗号化キーを管理するその他のデバイスから受信することができる。別の実施例においては、ソリッドステートストレージ１１０は、２又はそれ以上のパーティションを有し、ソリッドステートストレージコントローラ１０４は、まるで２又はそれ以上のソリッドステートストレージコントローラ１０４であるかのように動作し、各々は、ソリッドステートストレージ１１０内の単一のパーティションで動作する。この実施例においては、固有のメディア暗号化キーは、各パーティションで用いることができる。
別の実施例においては、書き込みデータパイプライン１０６は、更に、パケッタイザ３０２にデータセグメントを送信する前に、直接または間接的に、入力バッファ３０６から受信されるデータまたはデータセグメントを暗号化する暗号化モジュール３１４を具えることができ、データセグメントは、データセグメントともに受信した暗号化キーを用いて暗号化される。暗号化モジュール３１４は、データを暗号化する暗号化モジュール３１４によって用いられる暗号化キーは、ソリッドステートストレージデバイス１０２内に記憶される総てのデータに共通でなくてもよいが、以下で記載するように、データセグメントを受信するとともに受信されるオブジェクトベースで変化するという点でメディア暗号化モジュール３１８とは異なる。例えば、暗号化モジュール３１４によって暗号化されるべきデータセグメント用の暗号化キーは、データセグメントとともに受信され、データセグメントが属するオブジェクトを書き込むコマンドの一部として受信される。ソリッドステートストレージデバイス１０２は、暗号化キーとともに用いられる各オブジェクトパケットにおいて、非シークレット暗号化ナンスを用いて記憶することができる。異なるナンスは、パケット毎に記憶できる。データセグメントは、暗号化アルゴリズムによる保護を改善するために、固有のナンスを有する複数のパケットに分割できる。一実施例においては、メディア暗号化モジュール３１８によって用いられるナンスは、暗号化モジュール３１４によって用いられるものと同一である。
暗号化キーは、クライアント１１４、コンピュータ１１２、キーマネージャ、または、データセグメントを暗号化するのに用いられる暗号化キーを保持したその他デバイスから受信することができる。一実施例においては、ソリッドステートストレージデバイス１０２、コンピュータ１１２、クライアント１１４、または、プライベートおよびパブリックキーを安全に転送して保護する、工業規格の方法を実行する能力を有するその他の外部エージェント、のうちの１つから、暗号化キーはソリッドステートストレージコントローラ１０４に転送される。
一実施例においては、暗号化モジュール３１４は、第１のパケットを暗号化し、第１の暗号化キーはこのパケットとともに受信され、また、第２のパケットを暗号化し、第２の暗号化キーは第２のパケットとともに受信される。別の実施例においては、暗号化モジュール３１４は、第１のパケットを暗号化し、第１の暗号化キーは、このパケットとともに受信され、第２のデータパケットを暗号化せず次のステージに通過させる。有利には、ソリッドステートストレージデバイス１０２の書き込みデータパイプライン１０６に含まれる暗号化モジュール３１４によって、オブジェクトごとまたはセグメントごとのデータ暗号化が、単一のファイルシステムまたはその他のファイルシステムなしで、対応するオブジェクトまたはデータセグメントを記憶するのに用いられる異なる暗号化キーのトラックを、保持できる。各要求デバイス１５５または対応するキーマネージャは、要求デバイス１５５によって送信されるオブジェクトまたはデータセグメントのみを暗号化するのに用いられる暗号化キーを別個に管理することができる。
別の実施例においては、書き込みデータパイプライン１０６は、パケッタイザ３０２にデータセグメントを送信する前に、メタデータセグメント用のデータを圧縮する圧縮モジュール３１２を具える。圧縮モジュール３１２は、一般的に、セグメントのストレージサイズを低減するのに当分野の当業者に周知な圧縮ルーチンを用いて、データまたはメタデータセグメントを圧縮する。例えば、データセグメントは、５１２のゼロの記号列を具える場合、圧縮モジュール３１２は、５１２のゼロを、５１２のゼロで示されるコード又はトークンで置換でき、コードは、５１２のゼロによって取られる空き領域よりも更に小型である。
一実施例においては、圧縮モジュール３１２は、第１の圧縮ルーチンを用いて第１のセグメントを圧縮し、圧縮せずに第２のセグメントを通過させる。別の実施例においては、圧縮モジュール３１２は、第１の圧縮ルーチンを用いて第１のセグメントを圧縮し、第２の圧縮ルーチンを用いて第２のセグメントを圧縮する。ソリッドステートストレージデバイス１０２内にフレキシビリティを有することに利点があり、クライアント１１４、または、ソリッドステートストレージデバイス１０２にデータを書き込むその他のデバイスは圧縮ルーチンを各々特定でき、あるいは、一方が圧縮ルーチンを特定することができ、他方がいずれの圧縮ルーチンを特定しなくてもよい。圧縮ルーチンの選択は、オブジェクトごとのタイプまたはオブジェクトクラスベースに基づいたデフォルトの設定に従って選択されてもよい。例えば、特定のオブジェクトの第１のオブジェクトは、デフォルトの圧縮ルーチン設定を取り消すことができ、同一オブジェクトクラスおよびオブジェクトタイプの第２のオブジェクトは、デフォルトの圧縮ルーチンを用いることができ、同一オブジェクトクラスおよびオブジェクトタイプの第３のオブジェクトは、圧縮を利用しなくてもよい。
一実施例においては、書き込みデータパイプライン１０６は、ガベージコレクションシステムのデータバイパスの一部として、読み出しデータパイプライン１０８からデータセグメントを受信するガベージコレクションバイパス３１６を具える。ガベージコレクションシステムは、一般的に、パケットが削除用に標識又は変更され、変更されたデータが異なる位置に記憶されるので、もはや有効でないパケットを一般的に標識する。いくつかの場所では、ガベージコレクションシステムは、ストレージの特定のセクションが回復可能かを判定する。この判定は、利用可能なストレージ容量の不足、閾値に達した無効として標識されたデータの割合、有効なデータの統合、閾値に達し、又はデータ配置に基づき性能を改善したストレージセクションのエラー検出率等によってもよい。多くの因子は、ガベージコレクションアルゴリズムによって考慮され、ストレージセクションを回復すべきときを判定する。
ストレージセクションが回復のために標識されると、一般的に、そのセクション中の有効なパケットは再配置されなければならない。ガベージコレクタバイパス３１６によって、パケットは、読み出しデータパイプライン１０８に読み出され、次いで、ソリッドステートストレージコントローラ１０４の外にルーティングされずに、書き込みデータパイプライン１０６に直接転送される。好ましい実施例においては、ガベージコレクタバイパス３１６は、ソリッドステートストレージデバイス１０２内で動作する自律型ガベージコレクタシステムの一部である。これによって、ソリッドステートストレージデバイス１０２は、データを管理することが可能となり、データは、ソリッドステートストレージ１１０にわたって系統的に分散され、性能、データ信頼性を改善し、ソリッドステートストレージ１１０のいずれか１の位置または領域の過剰使用または使用不足を回避し、ソリッドステートストレージ１１０の寿命を延長させる。
ガベージコレクタバイパス３１６は、セグメントを書き込みデータパイプライン１０６に挿入し、その他のセグメントは、クライアント１１４またはその他のデバイスによって書き込まれるように調整する。示された実施例においては、ガベージコレクタバイパス３１６は、書き込みデータパイプライン１０６内のパケッタイザ３０２の前および読み出しデータパイプライン１０８内のデパケッタイザ３２４の後にあるが、読み出しおよび書き込みデータパイプライン１０６、１０８内のどこかに配置されていてもよい。ガベージコレクタバイパス３１６は、書き込みパイプライン１０６のフラッシュ中に用いて、ソリッドステートストレージ１１０内のストレージ効率を改善するために仮想ページの残りを満たし、これにより、ガベージコレクションの頻度を低減することができる。
一実施例においては、書き込みデータパイプライン１０６は、有効な書き込み動作用のデータをバッファリングする書き込みバッファ３２０を具える。一般的に、書き込みバッファ３２０は、ソリッドステートストレージ１１０内の少なくとも１つの仮想ページを満たすのに十分なパケット容量を具える。これによって、書き込み動作は、中断せずに、ソリッドステートストレージ１１０にデータのページ全体を送信することができる。書き込みデータパイプライン１０６の書き込みバッファ３２０と、読み出しデータパイプライン１０８内のバッファとを、ソリッドステートストレージ１１０内のストレージ書き込みバッファと同一、または、大きい容量にサイズ変更することによって、書き込みおよび読み出しデータは、複数コマンドの代わりに、単一の書き込みコマンドが、ソリッドステートストレージ１１０にデータの仮想ページ全体を送信するように生成されるので、より効率的になる。
書き込みバッファ３２０が満たされる際に、ソリッドステートストレージ１１０は、その他の読み出し動作に用いられてもよい。このことが有利であるのは、データがストレージ書き込みバッファに書き込まれ、ストレージ書き込みバッファ内に流れるデータがストールする際に、書き込みバッファがより小さいか、書き込みバッファのないその他のソリッドステートデバイスが、ソリッドステートストレージをタイアップできるからである。読み出し動作は、ストレージ書き込みバッファ全体が満たされ、プログラム化されるまで、ブロックされる。書き込みバッファのないまたは書き込みバッファが小さいシステムに対する別のアプローチは、読み出し可能にするために満たされないストレージ書き込みバッファを消去することである。更に、ページを満たすのに複数の書き込み／プログラムサイクルが必要となるので、これは非効率的である。
仮想べージよりも大きくサイズ変更された書き込みバッファ３２０を有する、示された実施例について、多数のサブコマンドを具える単一の書き込みコマンドは、次いで、単一のプログラムコマンドが続き、各ソリッドステートストレージエレメント２１６、２１８、２２０におけるストレージ書き込みバッファから、各ソリッドステートストレージエレメント２１６、２１８、２２０内の指定されたページに、データのページを転送する。この技術は、データ信頼性および耐久性を低下させることで周知である部分的なページプログラミングを除去し、バッファが満たされるとき読み出しコマンドおよびその他のコマンドのための指定バンクを解放させる利点がある。
一実施例においては、書き込みバッファ３２０は、ピンポンバッファであり、このバッファの片面が満たされ、次いで、適宜な時間での転送が指定され、ピンポンバッファのもう一方の面が満たされる。別の実施例においては、書き込みバッファ３２０は、データセグメントの仮想ページよりも大きい容量を有する先入れ先出し（「ＦＩＦＯ」）レジスタを具える。当分野の当業者は、データの仮想ページがデータをソリッドステートストレージ１１０に書き込む前に記憶させることができるその他の書き込みバッファ３２０構成が分かるであろう。
別の実施例においては、書き込みバッファ３２０は、仮想ページよりも小さなサイズであり、情報のより少ないページが、ソリッドステートストレージ１１０内のストレージ書き込みバッファに書き込まれる。その実施例においては、書き込みデータパイプライン１０６内のストールが読み出し動作を止めるのを防ぐために、データは、１つの位置からガベージコレクションプロセスの一部としての別の位置へと移動する必要があるデータが、ガベージコレクションシステムを用いて待ち行列に入れられる。書き込みデータパイプライン１０６にけるデータストールの場合、データは、ガベージコレクタバイパス３１６を介して、書き込みバッファ３２０、次いで、ソリッドステートストレージ１１０内のストレージ書き込みバッファへと供給可能であり、データをプログラミングする前に、仮想ページのページを満たす。この方法では、書き込みデータパイプライン１０６内のデータストールは、ソリッドステートストレージデバイス１０２から読み出しをストールしない。
別の実施例においては、書き込みデータパイプライン１０６は、書き込みデータパイプライン１０６内の１又はそれ以上のユーザ定義可能な機能を有する書き込みプログラムモジュール３１０を具える。書き込みプログラムモジュール３１０によって、ユーザは書き込みデータパイプライン１０６をカスタマイズすることができる。ユーザは、特定のデータ要求またはアプリケーションに基づいて書き込みデータパイプライン１０６をカスタマイズすることができる。ソリッドステーストレージコントローラ１０４はＦＰＧＡである場合、ユーザは、カスタムコマンドおよび機能を有する書き込みデータパイプライン１０６を比較的容易にプログラムすることができる。更に、ユーザは、書き込みプログラムモジュール３１０を使用し、ＡＳＩＣを用いたカスタム機能を具えるが、しかしながら、ＡＳＩＣをカスタマイズすることは、ＦＰＧＡを用いるよりも難しい。書き込みプログラムモジュール３１０は、バッファおよびバイパス機構を具えることができ、第１のデータセグメントが書き込みプログラムモジュール３１０で実行され、第２のデータセグメントは、書き込みデータパイプライン１０６を介して継続できる。別の実施例においては、書き込みプログラムモジュール３１０は、ソフトウェアを介してプログラム可能なプロセッサコアを具えることができる。
書き込みプログラムモジュール３１０は、入力バッファ３０６と圧縮モジュール３１２との間に示されているが、書き込みプログラムモジュール３１０は、書き込みデータパイプライン１０６内のあらゆる位置に存在でき、様々なステージ３０２−３２０間に配置可能であることに留意されたい。更に、別個にプログラミングおよび動作される様々なステージ３０２−３２０間に配置される、複数の書き込みプログラムモジュール３１０があってもよい。更に、ステージ３０２−３２０の順番は変更可能である。当分野の当業者は、特定のユーザ要求に基づいてステージ３０２−３２０の順番に対する作動可能な変更が分かるであろう。
読み出しデータパイプライン
読み出しデータパイプライン１０８は、要求されたパケットの各ＥＣＣブロックで記憶されるＥＣＣを用いることによって、データエラーがＥＣＣブロックにある場合に、ソリッドステートストレージ１１０から受信される要求されたパケットを判定するＥＣＣ修正モジュール３２２を具える。次いで、ＥＣＣ修正モジュール３２２は、エラーが存在し、エラーがＥＣＣを用いて修正可能である場合、要求されたパケットにおけるエラーを修正する。例えば、ＥＣＣが、６ビットのエラーを検出できるが、３ビットのエラーしか修正できない場合、ＥＣＣ修正モジュール３２２は、エラー中の３ビットまで、要求されたパケットのＥＣＣブロックを修正する。ＥＣＣ修正モジュール３２２は、エラー中のビットを、正しい１またはゼロ状態に変更することで、エラー中のビットを修正し、要求されたデータパケットがソリッドステートストレージ１１０に書き込まれ、ＥＣＣがパケット用に生成された場合と同一になる。
ＥＣＣが修正できるよりも多く、要求されたパケットがエラー中のビットを含んでいると、ＥＣＣ修正モジュール３２２が判定した場合、ＥＣＣ修正モジュール３２２は、要求されたパケットの破損したＥＣＣブロック中のエラーを修正できず、中断信号を送信する。一実施例においては、ＥＣＣ修正モジュール３２２は、要求されたパケットがエラー状態にあることを示すメッセージを有する中断信号を送信する。メッセージは、ＥＣＣ修正モジュール３２２がエラーを修正できず、エラーを修正するためのＥＣＣ修正モジュール３２２の能力がないことが示される情報を含む。別の実施例においては、ＥＣＣ修正モジュール３２２は、要求されたパケットの破損ＥＣＣブロックを、中断信号および／またはメッセージとともに送信する。
好ましい実施例においては、ＥＣＣ修正モジュール３２２によって修正不可能な要求されたパケットの、破損したＥＣＣブロックまたは破損したＥＣＣブロックの一部は、マスタコントローラ２２４によって読み出され、修正され、ＥＣＣ修正モジュール３２２に戻されて、読み出しデータパイプライン１０８によって更に処理される。一実施例においては、要求されたパケットのまたは破損したＥＣＣブロックの一部は、データを要求しているデバイスに送信される。要求デバイス１５５は、ＥＣＣブロックを修正することができ、バックアップまたはミラーコピーなど、別のコピーを用いてデータを置換することができ、次いで、要求されたデータパケットの置換データを用いるか、それを読み出しデータパイプライン１０８に戻すことができる。要求デバイス１５５は、エラー中の要求されたパケットのヘッダ情報を用いて、破損した要求されたパケットを置換するか、または、パケットが属するオブジェクトを置換するかを必要とするデータを識別する。別の好ましい実施例においては、ソリッドステートストレージコントローラ１０４は、いくつかのタイプのＲＡＩＤを用いてデータを記憶し、破損したデータを回復することができる。別の実施例においては、ＥＣＣ修正モジュール３２２は、中断信号および／またはメッセージを送信し、受信するデバイスは、要求されたデータパケットに関連した読み出し動作ができない。当分野の当業者は、要求されたパケットの１又はそれ以上のＥＣＣブロックが破損され、ＥＣＣ修正モジュール３２２がエラーを修正できないことを判定したＥＣＣ修正モジュール３２２の結果として、とるべきその他の選択肢や動作が分かるであろう。
読み出しデータパイプライン１０８は、デパケッタイザ３２４を具え、このデパケッタイザ３２４は、直接または間接的に、ＥＣＣ修正モジュール３２２から要求されたパケットのＥＣＣブロックを受信し、１又はそれ以上のパケットヘッダをチェック及び除去する。デパケッタイザ３２４はヘッダ内のパケット識別子、データ長、データ位置等をチェックすることによってパケットヘッダを確認する。一実施例においては、ヘッダは、読み出しデータパイプライン１０８に配信されたパケットが、要求されたパケットであることを確認するために使用可能なハッシュコードを具える。更に、デパケッタイザ３２４は、パケッタイザ３０２によって加えられた要求されたパケットからヘッダを除去する。デパケッタイザ３２４は、所定のパケット上で動作しないように命令できるが、修正されずに先に通過させる。例としては、復元プロセスの途中で要求されるコンテナラベルであってもよく、ヘッダ情報は、オブジェクトインデックス復元モジュール２７２によって要求される。さらなる例としては、ソリッドステートストレージデバイス１０２内で用いられるように決められた様々なタイプのパケットの転送を含む。別の実施例においては、デパケッタイザ３２４の動作は、パケットタイプに応じたものであってもよい。
読み出しデータパイプライン１０８は、デパケッタイザ３２４からデータを受信し、所望されないデータを除去するアライメントモジュール３２６を具える。一実施例においては、ソリッドステートストレージ１１０に送信される読み出しコマンドは、パケットのデータを回復させる。データを要求しているデバイスは、回復したパケットの総てのデータを必要としなくてもよく、アライメントモジュール３２６は、所望されないデータを除去する。回復したページ内の総てのデータが要求されているデータである場合、アライメントモジュール３２６は、いずれのデータも除去しない。
アライメントモジュール３２６は、次のステージにデータセグメントを転送する前に、データセグメントを要求しているデバイスと互換性のある形態で、オブジェクトのデータセグメントとしてデータを再フォーマットする。一般的に、データは、読み出しデータパイプライン１０８によって処理される場合、データセグメントまたはパケットのサイズは、様々なステージで変更される。アライメントモジュール３２６は、受信したデータを用いて、データを、要求デバイス１５５に送信し、応答を形成するのに加えられるのに適したデータセグメントにフォーマットする。例えば、第１のデータパケットの一部からのデータは、第２のデータパケットの一部からのデータと組み合わせることができる。データセグメントが、要求デバイス１５５によって要求されるデータよりも長い場合、アライメントモジュール３２６は、所望されないデータを廃棄できる。
一実施例においては、読み出しデータパイプライン１０８は、読み出しデータパイプライン１０８によって処理される前に、ソリッドステートストレージ１１０から読み出される１又はそれ以上の要求されたパケットをバッファリングする読み出し同期バッファ３２８を具える。読み出し同期バッファ３２８は、ソリッドステートストレージクロックドメインと、ローカルバスクロックドメインとの間の境界にあり、クロックドメインの差を考慮するバッファリングを提供する。
別の実施例においては、読み出しデータパイプライン１０８は、出力バッファ３３０を具え、この出力バッファ３３０は、アライメントモジュール３２６からの要求されたパケットを受信し、要求デバイス１５５に送信される前にパケットを記憶する。出力バッファ３３０は、データセグメントが、読み出しデータパイプライン１０８のステージから受信されるときと、データセグメントが、ソリッドステートストレージコントローラ１０４のその他の部分または要求デバイス１５５に送信されるときと、の間の差を考慮している。更に、出力バッファ３３０によって、データバス２０４は、データバス２０４の動作効率を改善するために、読み出しデータパイプライン１０８によって維持されうるよりも高い頻度で、読み出しデータパイプライン１０８からのデータを受信できる。
一実施例においては、読み出しデータパイプライン１０８は、メディア復号化モジュール３３２を具え、このメディア復号化モジュール３３２は、ＥＣＣ修正モジュール３２２からの１又はそれ以上の暗号化された要求されたパケットを受信し、１又はそれ以上の要求されたパケットをデパケッタイザ３２４に送信する前に、ソリッドステートストレージデバイス１０２に固有の暗号化キーを用いて１又はそれ以上の要求されたパケットを復号化する。一般的に、メディア復号化モジュール３３２によってデータを復号化するのに用いられる暗号化キーは、メディア復号化モジュール３１８によって用いられる暗号化キーと同一である。別の実施例においては、ソリッドステートストレージ１１０は、２又はそれ以上のパーティションを具えていてもよく、ソリッドステートストレージコントローラ１０４は、２又はそれ以上のソリッドステートストレージコントローラ１０４であるかのように動作し、各々は、ソリッドステートストレージ１１０内の単一のパーティションで動作する。この実施例においては、固有のメディア暗号化キーは、各パーティションで用いられてもよい。
別の実施例においては、読み出しデータパイプライン１０８は、復号化モジュール３３４を具え、この復号化モジュールは、データセグメントを出力バッファ３３０に送信する前に、デパケッタイザ３２４によってフォーマットされるデータセグメントを復号化する。データセグメントは、読み出し要求と共に受信された暗号化キーを用いて復号化され、読み出し要求は、読み出し同期バッファ３２８によって受信される要求されたパケットの回復を開始させる。復号化モジュール３３４は、第１のパケットの読み出し要求とともに受信される暗号化キーを有する第１のパケットを復号化でき、次いで、異なる暗号化キーを有する第２のパケットを復号化することができ、または、復号化せずに読み出しデータパイプライン１０８の次のステージに第２のパケットを通過させることができる。一般的に、復号化モジュール３３４は、メディア復号化モジュール３３２が要求されたパケットを復号化するのに用いるものとは異なる暗号化キーを用いてデータセグメントを復号化する。パケットが非シークレット暗号化ナンスで記憶されていた場合は、ナンスを、暗号化キーとともに用いて、データパケットを復号化する。暗号化キーは、クライアント１１４、コンピュータ１１２、キーマネージャ、または、ソリッドステートストレージコントローラ１０４によって用いられる暗号化キーを管理するその他のデバイスから、受信できる。
別の実施例においては、読み出しデータパイプライン１０８は、デパケッタイザ３２４によってフォーマットされたデータセグメントを解凍する解凍モジュール３３６を具える。好ましい実施例においては、解凍モジュール３３６は、パケットヘッダおよびコンテナラベルの１又は双方に記憶された圧縮情報を用いて、圧縮モジュール３１２によってデータを圧縮するのに用いられるのと相補的なルーチンを選択する。別の実施例においては、解凍モジュール３３６によって用いられる解凍ルーチンは、解凍しようとするデータセグメントを要求しているデバイスによって命令される。別の実施例においては、解凍モジュール３３６は、オブジェクト毎のタイプまたはオブジェクトクラスベースのデフォルトの設定によって、解凍ルーチンを選択する。第１のオブジェクトの第１のパケットは、デフォルトの解凍ルーチンを無効にすることができ、同一オブジェクトクラスおよびオブジェクトタイプの第２のオブジェクトの第２のパケットは、デフォルトの解凍ルーチンを用いることができ、同一オブジェクトクラスおよびオブジェクトタイプの第３のオブジェクトの第３のパケットは、解凍を利用しなくてもよい。
別の実施例においては、読み出しデータパイプライン１０８は、読み出しデータパイプライン１０８内の１又はそれ以上のユーザ定義可能な機能を含む、読み出しプログラムモジュール３３８を具える。読み出しプログラムモジュール３３８は、書き込みプログラムモジュール３１０と同様の特性を有し、ユーザは、読み出しデータパイプライン１０８にカスタム機能を提供することができる。読み出しプログラムモジュール３３８は、図３に示されるように配置可能であり、または、読み出しデータパイプライン１０８内で別のポジションに配置可能であり、あるいは、読み出しデータパイプライン１０８内の複数の位置の複数の部分を具えてもよい。更に、別個に動作する読み出しデータパイプライン１０８内の複数の位置内に、複数の読み出しプログラムモジュール３３８があってもよい。当分野の当業者は、読み出しデータパイプライン１０８内の読み出しプログラムモジュール３３８のその他の形態が分かるであろう。書き込みデータパイプライン１０６と同様に、読み出しデータパイプライン１０８のステージは、再配置可能であり、当分野の当業者は、読み出しデータパイプライン１０８内のその他の順番が分かるであろう。
ソリッドステートストレージコントローラ１０４は、制御およびステータスレジスタ３４０と、対応する制御待ち行列３４２を具える。制御およびステータスレジスタ３４０および制御待ち行列３４２は、書き込みおよび読み出しデータパイプライン１０６、１０８内で処理されるデータに関連した、制御およびシーケンスコマンドならびにサブコマンドを容易にする。例えば、パケッタイザ３０２のデータセグメントは、ＥＣＣジェネレータ３０４に関連した制御待ち行列３４２において、１又はそれ以上の対応する制御コマンドまたは命令を有することができる。データセグメントが、パケット化されるとき、命令またはコマンドのいくつかは、パケッタイザ３０２内で実行されてもよい。その他のコマンドまたは命令は、データセグメントから生成された、新規に形成されたデータパケットが、次のステージへ通過するとき、制御およびステータスレジスタ３４０を介して次の制御待ち行列３４２へ通過する。
コマンドまたは命令は、制御待ち行列３４２に同時にロードされてもよく、パケットは、書き込みデータパイプライン１０６に転送され、各パイプラインステージは、各々のパケットがそのステージで実行されるとき、適宜なコマンドまたは命令を引き出す。同様に、コマンドまたは命令は、制御待ち行列３４２に同時にロード可能であり、パケットは、読み出しデータパイプライン１０８から要求されており、各パイプラインステージは、各々のパケットがそのステージで実行されるときに、適宜なコマンドまたは命令を引き出す。当分野の当業者は、制御およびステータスレジスタ３４０、ならびに、制御待ち行列３４２のその他の特性および機能が分かるであろう。
ソリッドステートストレージコントローラ１０４および／またはソリッドステートストレージデバイス１０２は更に、バンクインタリーブコントローラ３４４、同期バッファ３４６、ストレージバスコントローラ３４８およびマルチプレクサ（「ＭＵＸ」）３５０を具えることができ、これらは、図４Ａおよび図４Ｂに関連して記載される。
バンクインタリーブ
図４Ａは、本発明によるソリッドステートストレージコントローラ１０４内のバンクインタリーブコントローラ３４４の一実施例４００を示した概略ブロック図である。バンクインタリーブコントローラ３４４は、制御およびステータスレジスタ３４０に接続され、ＭＵＸ３５０、ストレージコントローラ３４８および同期バッファ３４６を介してストレージＩ／Ｏバス２１０およびストレージ制御バス２１２に接続され、これらは以下で説明される。バンクインタリーブコントローラ３４４は、ソリッドステートストレージ１１０内のバンク２１４に対し、読み出しエージェント４０２、書き込みエージェント４０４、消去エージェント４０６、管理エージェント４０８、読み出し待ち行列４１０ａ−ｎ、書き込み待ち行列４１２ａ−ｎ、消去待ち行列４１４ａ−ｎ、及び管理待ち行列４１６ａ−ｎを、並びに、バンクコントローラ４１８ａ−ｎ、バスアービタ４２０、及びステータスＭＵＸ４２２を具え、これらは以下で説明する。ストレージバスコントローラ３４８は、再マッピングモジュール４３０を有するマッピングモジュール４２４、ステータスキャプチャモジュール４２６、および、ＮＡＮＤバスコントローラ４２８を具え、これらは以下で説明する。
バンクインタリーブコントローラ３４４は、バンクインタリーブコントローラ３４４において、１又はそれ以上のコマンドを２又はそれ以上の待ち行列に命令し、ソリッドステートストレージ１１０のバンク２１４間で、上記待ち行列に記憶されたコマンドの実行を調整し、第１のタイプのコマンドは１つのバンク２１４ａで実行され、第２のタイプのコマンドは第２のバンク２１４ｂで実行されるようにする。１又はそれ以上のコマンドは、コマンドタイプによって待ち行列に分けられる。ソリッドステートストレージ１１０の各バンク２１４は、バンクインタリーブコントローラ３４４内の対応する待ち行列のセットを有し、各々の待ち行列のセットは、各コマンドタイプ用の待ち行列を具える。
バンクインタリーブコントローラ３４４は、ソリッドステートストレージ１１０のバンク２１４間で、待ち行列に記憶されたコマンドの実行を調整する。例えば、第１のタイプのコマンドは、１つのバンク２１４ａで実行され、第２位のタイプのコマンドは、第２のバンク２１４ｂで実行される。一般的に、コマンドタイプおよび待ち行列タイプは、読み出しおよび書き込みコマンド、ならびに、待ち行列４１０、４１２を具えるが、更に、ストレージメディア特有のその他のコマンドおよび待ち行列を具えることができる。例えば、図４Ａに示される実施例において、消去および管理待ち行列４１４、４１６が含まれ、フラッシュメモリ、ＮＲＡＭ、ＭＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＰＲＡＭなどに好適である。
その他のタイプのソリッドステートストレージ１１０のために、その他のタイプのコマンドおよび対応する待ち行列も、本発明の範囲から逸脱することなく含むことができる。ＦＰＧＡソリッドステートストレージコントローラ１０４のフレキシブルな性質は、ストレージメディアにおけるフレキシビリティを与える。フラッシュメモリが、別のソリッドステートストレージタイプに変更された場合、バンクインタリーブコントローラ３４４、ストレージバスコントローラ３４８、および、ＭＵＸ３５０は、データパイプライン１０６、１０８、および、その他のソリッドステートストレージコントローラ１０４の機能に重大な影響を有さないメディアタイプを収容できるように変更可能である。
図４Ａに示された実施例においては、バンクインタリーブコントローラ３４４は、各バンク２１４用の、ソリッドステートストレージ１１０からのデータを読み出すための読み出し待ち行列４１０、ソリッドステートストレージ１１０に対する書き込みコマンド用の書き込み待ち行列４１２、ソリッドステートストレージ中の消去ブロックを消去するための消去待ち行列４１４、管理コマンド用の管理待ち行列４１６を具える。更に、バンクインタリーブコントローラ３４４は、対応する読み出し、書き込み、消去および管理エージェント４０２、４０４、４０６、４０８を具える。別の実施例においては、制御およびステータスレジスタ３４０ならびに制御待ち行列３４２、または、同様の構成は、バンクインタリーブコントローラ３４４なしで、ソリッドステートストレージ１１０のバンク２１４に送信されるデータ用コマンドを待ち行列に入れる。
エージェント４０２、４０４、４０６、４０８は、一実施例においては、特定のバンク２１４ａ用に定められた適宜なタイプのコマンドを、バンク２１４ａ用の正しい待ち行列に命令する。例えば、読み出しエージェント４０２は、バンク−１ ２１４ｂ用の読み出しコマンドを受信し、読み出しコマンドをバンク−１読み出し待ち行列４１０ｂに命令できる。書き込みエージェント４０４は、ソリッドステートストレージ１１０のバンク−０ ２１４ａ内の位置にデータを書き込むための書き込みコマンドを受信でき、次いで、書き込みコマンドをバンク−０書き込み待ち行列４１２ａに送信する。同様に、消去エージェント４０６は、バンク−１ ２１４ｂの消去ブロックを消去する消去コマンドを受信でき、次いで、消去コマンドをバンク−１消去待ち行列４１４ｂに送信する。管理エージェント４０８は、一般的に、バンク−０ ２１４ａなど、バンク２１４の構成レジスタを読み出すためのリセットコマンドまたは要求のような、管理コマンド、ステータス要求等を受信する。管理エージェント４０８は、管理コマンドをバンク−０管理待ち行列４１６ａに送信する。
更に、エージェント４０２、４０４、４０６、４０８は、一般的に、待ち行列４１０、４１２、４１４、４１６の状態をモニタし、待ち行列４１０、４１２、４１４、４１６が完全、ほぼ完全、機能しない等である場合にステータス、中断またはその他のメッセージを送信する。一実施例においては、エージェント４０２、４０４、４０６、４０８は、コマンドを受信し、対応するサブコマンドを生成する。一実施例においては、エージェント４０２、４０４、４０６、４０８は、制御及びステータスレジスタ３４０を介したコマンドを受信し、待ち行列４１０、４１２、４１４、４１６に転送される、対応するサブコマンドを生成する。当分野の当業者は、エージェント４０２、４０４、４０６、４０８のその他の機能が分かるであろう。
待ち行列４１０、４１２、４１４、４１６は、一般的に、コマンドを受信し、ソリッドステートストレージバンク２１４に送信されることが要求されるまでコマンドを記憶する。一般的な実施例においては、待ち行列４１０、４１２、４１４、４１６は、先入れ先出し（「ＦＩＦＯ」）レジスタまたはＦＩＦＯとして動作する同様の構成である。別の実施例においては、待ち行列４１０、４１２、４１４、４１６は、データにマッチする順番、重要度の順番またはその他の基準でコマンドを記憶する。
バンクコントローラ４１８は、一般的に、待ち行列４１０、４１２、４１４、４１６からのコマンドを受信し、適宜なサブコマンドを生成する。例えば、バンク−０書き込み待ち行列４１２ａは、データパケットのページをバンク−０ ２１４ａに書き込むコマンドを受信することができる。バンク−０コントローラ４１８ａは、適宜な時間で書き込みコマンドを受信し、１又はそれ以上の書き込みサブコマンドを生成することができ、書き込みバッファ３２０に記憶される各データパケットは、バンク−０ ２１４ａに書き込まれる。例えば、バンク−０コントローラ４１８ａは、バンク０ ２１４ａおよびソリッドステートストレージアレイ２１６の状態を有効にするコマンドを生成し、１又はそれ以上のデータパケットを書き込む適宜な位置を選択し、ソリッドステートストレージメモリアレイ２１６内の入力バッファをクリアし、１又はそれ以上のデータパケットを入力バッファに転送し、入力バッファを選択した位置にプログラミングし、データが正しくプログラミングされたことを検証し、プログラムに破損がある場合、マスタコントローラ２２４を中断するステップ、同一の物理位置への書き込みを再試行するステップ、異なる物理位置への書き込みを再試行するステップのうちの１又はそれ以上を行う。更に、例示の書き込みコマンドとともに、ストレージバスコントローラ３４８は、１又はそれ以上のコマンドを、ストレージＩ／Ｏバス２１０ａ用の第１の物理アドレスにマッピングされ、ストレージＩ／Ｏバス２１０ｂ用の第２の物理アドレスにマッピングされ、その他更に以下に述べるようなコマンドの論理アドレスを有する、ストレージＩ／Ｏバス２１０ａ−ｎの各々に乗算する。
一般的に、バスアービタ４２０は、バンクコントローラ４１８間から選択され、バンクコントローラ４１８内の出力待ち行列からサブコマンドを引き出し、バンク２１４の性能を最適化する順番にストレージバスコントローラ３４８に転送する。別の実施例においては、バスアービタ４２０は、高位中断信号に応答し、標準的な選択基準を変更することができる。別の実施例においては、マスタコントローラ２２４は、制御およびステータスレジスタ３４０を介してバスアービタ４２０を制御することができる。当分野の当業者は、バスアービタ４２０が、バンクコントローラ４１８からソリッドステートストレージ１１０へのコマンドのシーケンスを制御しインタリーブすることができるその他の手段が分かるであろう。
バスアービタ４２０は、一般的に、適宜なコマンドと、コマンドタイプが必要とされるときは、バンクコントローラ４１８の対応するデータと、の選択を調整し、コマンド及びデータをストレージバウコントローラ３４８に送信する。一般的に、バスアービタ４２０は、更に、適宜なバンク２１４を選択するのに、ストレージ制御バス２１２にコマンドを送信する。フラッシュメモリ、または、非同期式双方向直列ストレージＩ／Ｏバス２１０を有するその他のソリッドステートストレージ１１０の場合、１つのコマンド（制御情報）またはデータセットのみが、同時に送信可能である。例えば、書き込みコマンドまたはデータが、ストレージＩ／Ｏバス２１０のソリッドステートストレージ１１０に送信された場合、読み出しコマンド、読み出されたデータ、消去コマンド、管理コマンドまたはその他のステータスコマンドは、ストレージＩ／Ｏバス２１０に送信できない。例えば、データがストレージＩ／Ｏバス２１０から読み出された場合、データはソリッドステートストレージ１１０に書き込むことができない。
例えば、バンク−０の書き込み動作中、バスアービタ４２０は、バンク−０コントローラ４１８ａを選択し、このコントローラ４１８ａは、ストレージバスコントローラ３４８に次のシーケンスを実行させる待ち行列のトップに書き込みコマンドまたは書き込みサブコマンドの配列を有することができる。バスアービタ４２０は、書き込みコマンドをストレージバスコントローラ３４８に転送し、書き込みコマンドを、ストレージ制御バス２１２を介してバンク−０ ２１４ａを選択し、バンク−０ ２１４ａに関連したソリッドステートストレージエレメント１１０の入力バッファをクリアするコマンドを送信し、バンク−０ ２１４ａに関連したソリッドステートストレージエレメント２１６、２１８、２２０のステータスを有効にするコマンドを送信することによって設定する。次いで、ストレージバスコントローラ３４８は、ストレージＩ／Ｏバス２１０に書き込みサブコマンドを送信し、論理消去ブロックアドレスからマッピングされるときに、個々の物理消去ソリッドステートストレージエレメント２１６ａ−ｍ用の論理消去ブロックのアドレスを含む、物理アドレスを具える。次いで、ストレージバスコントローラ３４８は、ＭＵＸ３５０を介したストレージＩ／Ｏバス２１０に、書き込み同期バッファ３０８を介した書き込みバッファ３２０を多重化し、書き込みデータを適宜なページにストリーミングする。ページが完全である場合、次いで、ストレージバスコントローラ３４８は、バンク−０ ２１４ａに関連するソリッドステートストレージエレメント２１６ａ−ｍに、入力バッファを、ソリッドステートストレージエレメント２１６ａ−ｍ内のメモリセルにプログラミングさせる。最終的に、ストレージバスコントローラ３４８は、状態を有効にして、ページが正しくプログラムされていることを確認する。
読み出し動作は、上述の書き込み例と同様である。読み出し動作中、一般的に、バスアービタ４２０またはバンクインタリーブコントローラ３４４のその他の構成は、データと、対応するステータス情報を受信し、データを読み出しデータパイプライン１０８に送信し、ステータス情報を制御およびステータスレジスタ３４０に送信する。一般的に、バスアービタ４２０からストレージバスコントローラ３４８に転送される読み出しデータコマンドは、ＭＵＸ３５０に、ストレージＩ／Ｏバス２１０の読み出しデータを読み出しデータパイプライン１０８にゲート制御し、ステータスＭＵＸ４２２を介してステータス情報を適宜な制御及びステータスレジスタ３４０に送信する。
バスアービタ４２０は、様々なコマンドタイプとデータアクセスモードとを調整し、適宜なコマンドタイプまたは対応するデータのみが、所定時間に、バスに存在している。バスアービタ４２０が、書き込みコマンドを選択しており、書き込みサブコマンドと対応するデータとが、ソリッドステートストレージ１１０に書き込まれている場合、バスアービタ４２０は、ストレージＩ／Ｏバス２１０のその他コマンドタイプを許可しない。有利には、バスアービタ４２０は、バンク２１４ステータスに関して受信したステータス情報に沿った、予測したコマンド実行時間のようなタイミング情報を用い、バスのアイドル時間を最小化または除去する目的として、バスの様々なコマンドの実行を調整する。
バスアービタ４２０を介したマスタコントローラ２２４は、一般的に、ステータス情報とともに、待ち行列４１０、４１２、４１４、４１６に記憶されたコマンドの予測完了時間を用いて、コマンドに関連したサブコマンドが１つのバンク２１４ａで実行されているとき、他のコマンドの他のサブコマンドが、他のバンク２１４ｂ−ｎで実行される。１つのコマンドが、２１４ａで完全に実行されるとき、バスアービタ４２０は、別のコマンドをバンク２１４ａに命令する。バスアービタ４２０は更に、待ち行列４１０、４１２、４１４、４１６に記憶されたコマンドと、待ち行列４１０、４１２、４１４、４１６に記憶されていない他のコマンドとを調整することができる。
例えば、消去コマンドは、ソリッドステートストレージ１１０内の消去ブロックのグループを消去するように送信可能である。消去コマンドは、書き込みまたは読み出しコマンドを実行するよりも１０乃至１０００倍以上の時間がかかり、プログラムコマンドを実行するよりも１０乃至１００倍以上の時間がかかる。Ｎバンク２１４のために、バンクインタリーブコントローラ３４４は、消去コマンドをＮコマンドに分割することができ、各々は、バンク２１４ａの仮想消去ブロックを消去する。バンク−０ ２１４ａが消去コマンドを実行している間、バスアービタ４２０は、その他のバンク２１４ｂ−ｎで実行されるその他のコマンドを選択することができる。更に、バスアービタ４２０は、ストレージバスコントローラ３４８、マスタコントローラ２２４等の他の構成とともに動作することができ、バス間のコマンド実行を調整する。バンクインタリーブコントローラ３４４のバスアービタ４２０、バンクコントローラ４１８、待ち行列４１０、４１２、４１４、４１６およびエージェント４０２、４０４、４０６、４０８を用いてコマンド実行を調整することで、バンクインタリーブ機能なしで、その他のソリッドステートストレージシステムを介して、大幅に性能を向上させることができる。
一実施例においては、ソリッドステートストレージコントローラ１０４は、ソリッドステートストレージ１１０のストレージエレメント２１６、２１８、２２０の総てに働く１つのバンクインタリーブコントローラ３４４を具える。別の実施例においては、ソリッドステートコントローラ１０４は、ストレージエレメント２１６ａ−ｍ、２１８ａ−ｍ、２２０ａ−ｍの各列用のバンクインタリーブコントローラ３４４を具える。例えば、１つのバンクインタリーブコントローラ３４４は、ストレージエレメントＳＳＳ０．０−ＳＳＳ０．Ｎ２１６ａ、２１８ａ、２２０ａの一列に働き、第２のバンクインタリーブコントローラ３４４は、ストレージエレメントＳＳＳ１．０−ＳＳＳ１．Ｎ２１６ｂ、２１８ｂ、２２０ｂなどの第２の列に働く。
図４Ｂは、本発明によるソリッドステートストレージコントローラ１０４内のバンクインタリーブコントローラ３４４の代替的な実施例４０１を示した概略ブロック図である。図４Ｂに示された実施例に示された構成２１０、２１２、３４０、３４６、３４８、３５０、４０２−４３０は、各バンク２１４が、単一の待ち行列４３２ａ−ｎを具えて、バンク（例えば、バンク０ ２１４ａ）用の読み出しコマンド、書き込みコマンド、消去コマンド、管理コマンドが、バンク２１４ａの単一の待ち行列４３２ａに対して命令されることを除いては図４Ａに関連して示されたバンクインタリーブ装置４００と実質的に同じである。一実施例においては、待ち行列４３２は、ＦＩＦＯである。別の実施例においては、待ち行列４３２は、待ち行列４３２が記憶されている順番とは別の順番で、待ち行列４３２から引き出されたコマンドを有することができる。別の代替的な実施例においては（図示せず）、読み出しエージェント４０２、書き込みエージェント４０４、消去エージェント４０６および管理エージェント４０８は、適宜な待ち行列４３２ａ−ｎに対する単一のエージェント割当コマンドに組み込むことができる。
別の代替的な実施例においては（図示せず）、コマンドは、１つの待ち行列に記憶され、これらのコマンドは、記憶された方法以外の順番で待ち行列から引き出し可能であり、バンクインタリーブコントローラ３４４は、１つのバンク２１４ａでコマンドを実行でき、他のコマンドは、残りのバンク２１４ｂ−ｎで実行される。当分野の当業者であれは、他のコマンドが他のバンク２１４ｂ−ｎで実行されている間に、１つのバンク２１４ａでコマンドを実行できる、他の待ち行列構成およびタイプが容易に分かるであろう。
ストレージ特有の構成
ソリッドストレージコントローラ１０４は、同期バッファ３４６を具え、この同期バッファ３４６は、ソリッドステートストレージ１１０から送信されて受信されたコマンドおよびステータスメッセージをバッファリングする。同期バッファ３４６は、ソリッドステートストレージクロックドメインとローカルバスクロックドメインとの間の境界に配置され、クロックドメインの差を考慮するバッファリングを提供する。同期バッファ３４６、書き込み同期バッファ３０８および読み出し同期バッファ３２８は独立にでき、一緒に動作させて、データ、コマンド、ステータスメッセージなどをバッファリングすることができる。好ましい実施例においては、同期バッファ３４６は、クロックドメインを交差する信号が最小数のところに配置される。当分野の当業者は、クロックドメイン間の同期が、設計の実装のいくつかの態様を最適にするために、ソリッドステートストレージデバイス１０２内の他の位置に任意に移動可能であることが分かるであろう。
ソリッドステートストレージコントローラ１０４は、ストレージバスコントローラ３４８を具え、このストレージバスコントローラ３４８は、ソリッドステートストレージ１１０に送信され、読み出されるデータに対するコマンドと、ソリッドステートストレージ１１０のタイプに基づいてソリッドステートストレージ１１０から受信したステータスメッセージとを解釈し翻訳する。例えば、ストレージバスコントローラ３４８は、性能特性の異なるストレージ、製造者の異なるストレージなど、異なるタイプのストレージに対する異なるタイミング要求を具えることができる。更に、ストレージバスコントローラ３４８は、ストレージ制御バス２１２に制御コマンドを送信する。
好ましい実施例においては、ソリッドステートストレージコントローラ１０４は、ＭＵＸ３５０を具え、ＭＵＸ３５０は、マルチプレクサ３５０ａ−ｎのアレイを具え、各マルチプレクサは、ソリッドステートストレージアレイ１１０の列の専用となる。例えば、マルチプレクサ３５０ａは、ソリッドステートストレージエレメント２１６ａ、２１８ａ、２２０ａに関連している。ＭＵＸ３５０は、書き込みデータパイプライン１０６からのデータと、ストレージＩ／Ｏバス２１０を介したストレージバスコントローラ３４８からソリッドステートストレージ１１０へのコマンドをルーティングし、ストレージＩ／Ｏバス２１０を介したソリッドステートストレージ１１０から、読み出しデータパイプライン１０８およびストレージバスコントローラ３４８、同期バッファ３４６およびバンクインタリーブコントローラ３４４を介した制御およびステータスレジスタ３４０へのデータおよびステータスメッセージをルーティングする。
好ましい実施例においては、ソリッドステートストレージコントローラ１０４は、ソリッドステートストレージエレメントの各列（例えば、ＳＳＳ０．１ ２１６ａ、ＳＳＳ０．２ ２１８ａ、ＳＳＳ０．Ｎ ２２０ａ）用のＭＵＸ３５０を具える。ＭＵＸ３５０は、書き込みデータパイプライン１０６からのデータと、ストレージＩ／Ｏバス２１０を介してソリッドステートストレージ１１０へ送信されるコマンドを組合せ、コマンドから読み出しデータパイプライン１０８によって処理されるようにデータを分割する。書き込みバッファ３２０に記憶されたパケットは、書き込みバッファ３２０の外部から、ソリッドステートストレージエレメントの各列（ＳＳＳｘ．０からＳＳＳｘ．Ｎ２１６、２１８、２２０）用の書き込み同期バッファ３０８を介し、ソリッドステートストレージエレメントの各列（ＳＳＳｘ．０からＳＳＳｘ．Ｎ２１６、２１８、２２０）用のＭＵＸ３５０までのバスに命令される。コマンドおよび読み出しデータは、ストレージＩ／Ｏバス２１０からＭＵＸ３５０によって受信される。更に、ＭＵＸ３５０は、ステータスメッセージをストレージバスコントローラ３４８に命令する。
ストレージバスコントローラ３４８は、マッピングモジュール４２４を具える。マッピングモジュール４２４は、消去ブロックの１又はそれ以上の物理アドレスに消去ブロックの論理アドレスをマッピングする。例えば、ブロック２１４ａにつき２０のストレージエレメント（例えば、ＳＳＳ０．０からＳＳＳ Ｍ．０ ２１６）のアレイを有するソリッドステートストレージ１１０は、ストレージエレメントにつき１の物理アドレスで、消去ブロックの２０の物理アドレスにマッピングされる特定の消去ブロック用の論理アドレスを有することができる。ストレージエレメントが並列にアクセスされるので、ストレージエレメント２１６ａ、２１８ａ、２２０ａの列の各ストレージエレメントにおける同一位置の消去ブロックは、物理アドレスを共有する。列中の総ての消去ブロック（例えば、ストレージエレメントＳＳＳ ０．０、０．１、．．．、０．Ｎ ２１６ａ、２１８ａ、２２０ａにおいて）の代わりに、１の消去ブロックを選択するために、１つのバンク（この場合、バンク−０ ２１４ａ）が選択される。
このような消去ブロック用の論理−物理マッピングは、１つの消去ブロックが損傷またはアクセス不能になった場合、マッピングが別の消去ブロックにマッピングされるように変更可能であるので、有益である。これによって、１つのエレメントの消去ブロックが失敗したとき、仮想消去ブロック全体を失う損失を緩和する。再マッピングモジュール４３０は、消去ブロックの論理アドレスのマッピングを、仮想消去ブロックの１又はそれ以上の物理アドレス（ストレージエレメントのアレイにわたって配置される）に変更する。例えば、仮想消去ブロック１は、ストレージエレメントＳＳＳ ０．０ ２１６ａの消去ブロック１、ストレージエレメントＳＳＳ１．０ ２１６ｂの消去ブロック１、．．．、ストレージエレメントＭ．０ ２１６ｍにマッピング可能であり、仮想消去ブロック２は、ストレージエレメントＳＳＳ０．１ ２１８ａの消去ブロック２、ストレージエレメントＳＳＳ１．１ ２１８ｂの消去ブロック２、．．．、ストレージエレメントＭ．１ ２１８ｍにマッピング可能等である。
ストレージエレメントＳＳＳ０．０ ２１６ａの消去ブロック１が損傷し、摩耗などによるエラーが生じるか、何らかの理由で用いられない場合、再マッピングモジュール４３０は、仮想消去ブロック１の消去ブロックをポインティングした論理アドレス用に、論理−物理マッピングを変更することができる。ストレージエレメントＳＳＳ０．０ ２１６ａのスペア消去ブロック（消去ブロック２２１と呼ぶ）が利用可能であり、その時点でマッピングされていない場合、再マッピングモジュール４３０は、ストレージエレメントＳＳＳ０．０ ２１６ａの消去ブロック２２１をポインティングするために、仮想消去ブロック１の消去ブロックのマッピングを変更でき、ストレージエレメントＳＳＳ１．０ ２１６ｂの消去ブロック１、ストレージエレメントＳＳＳ２．０（図示せず）の消去ブロック１、．．．、ストレージエレメントＭ．０ ２１６ｍの消去ブロック１のポインティングを継続する。マッピングモジュール４２４または再マッピングモジュール４３０は、上述した順番（ストレージエレメントの消去ブロック１に対する仮想消去ブロック１、ストレージエレメントの消去ブロック２に対する仮想消去ブロック２）で消去ブロックをマッピングでき、あるいは、その他の基準に基づいた別の順番でストレージエレメント２１６、２１８、２２０の消去ブロックをマッピングできる。
一実施例においては、消去ブロックは、アクセス時間によってグループ分け可能である。データを特有の消去ブロックのページにプログラミング（書き込み）するなど、コマンドを実行する時間を意味する、アクセス時間によるグループ分けは、コマンド完了を平均にすることができ、仮想消去ブロックの消去ブロックにわたって実行されるコマンドは、最も遅い消去ブロックによって制限されることはない。他の実施例においては、消去ブロックは、摩耗レベル、健常などによってグループ分け可能である。当分野の当業者は、消去ブロックをマッピングまたは再マッピングするときに考慮すべきその他のファクタが分かるであろう。
一実施例においては、ストレージバスコントローラ３４８は、ステータスキャプチャモジュール４２６を具え、このステータスキャプチャモジュール４２６は、ソリッドステートストレージ１１０からのステータスメッセージを受信し、ステータスメッセージをステータスＭＵＸ４２２に送信する。別の実施例においては、ソリッドステートストレージ１１０がフラッシュメモリである場合、ストレージバスコントローラ３４８は、ＮＡＮＤバスコントローラ４２８を具える。ＮＡＮＤバスコントローラ４２８は、読み出しおよび書き込みデータパイプライン１０６、１０８からソリッドステートストレージ１１０内の正しい位置にコマンドを命令し、フラッシュメモリ等の特性に基づいてコマンド実行のタイミングを調整する。ソリッドステートストレージ１１０が別のタイプのソリッドステートストレージ型である場合、ＮＡＮＤバスコントローラ４２８は、ストレージタイプに特有のバスコントローラによって置換できる。当分野の当業者は、ＮＡＮＤバスコントローラ４２８のその他の機能が分かるであろう。
フローチャート
図５は、本発明によるデータパイプラインを用いてソリッドステートストレージデバイス１０２におけるデータ管理のための方法５００の一実施例を示した概略フローチャート図である。この方法５００は開始して（５０２）、入力バッファ３０６が、ソリッドステートストレージ１１０に書き込まれる１又はそれ以上のデータセグメントを受信する（５０４）。１又はそれ以上のデータセグメントは、一般的に、オブジェクトの少なくとも一部を具えるが、オブジェクト全体であってもよい。パケッタイザ３０２は、オブジェクトと共に１又はそれ以上のオブジェクト特有のパケットを生成できる。パケッタイザ３０２は、各パケットにヘッダを加え、一般的に、各パケットは、パケット長およびオブジェクト内のパケット用のシーケンス番号を具える。パケッタイザ３０２は、入力バッファ３０６内に記憶される１又はそれ以上のデータまたはメタデータセグメントを受信し（５０４）、ソリッドステートストレージ１１０用にサイズを調整された１又はそれ以上のパケットを生成することによって１又はそれ以上のデータまたはメタデータセグメントをパケット化し（５０６）、各パケットは、１又はそれ以上のセグメントから１つのヘッダおよびデータを具えている。
一般的に、第１のパケットは、パケットが生成されたオブジェクトを識別するオブジェクト識別子を具える。第２のパケットは、ソリッドステートストレージデバイス１０２によって用いられる情報を有するヘッダを具え、第２のパケットは、第１のパケット中で識別されたオブジェクトに関連することができ、オフセット情報は、オブジェクト内の第２のパケットおよびデータを配置する。このソリッドステートストレージデバイスコントローラ２０２は、バンク２１４と、パケットがストリーミングされる物理領域を管理する。
ＥＣＣジェネレータ３０４は、パケッタイザ３０２からのパケットを受信し、データパケット用のＥＣＣを生成する（５０８）。一般的に、パケットとＥＣＣブロックとの間には固定した関連性はない。ＥＣＣブロックは、１又はそれ以上のパケットを具えることができる。パケットは、１又はそれ以上のＥＣＣブロックを具えることができる。パケットは、ＥＣＣブロック内のいずれの場所でも開始および終了することができる。パケットは、第１のＥＣＣブロック内のいずれかの場所からスタートすることができ、次のＥＣＣブロックのいずれかの場所で終了することができる。
書き込み同期バッファ３０８は、ＥＣＣブロックをソリッドステートストレージ１１０に書き込む前に、対応するＥＣＣブロック内に配置されるように、パケットをバッファリングし（５１０）、次いで、ソリッドステートストレージコントローラ１０４は、クロックドメイン差を考慮した適宜の時間でデータを書き込み（５１２）、方法５００は終了する（５１４）。書き込み同期バッファ３０８は、ローカルクロックドメインとソリッドステートストレージ１１０のクロックドメインとの間の境界に配置される。この方法５００は、便宜上、１又はそれ以上のデータセグメントを受信するステップと、１又はデータパケットを書き込むステップと、を記載しているが、一般的に、データセグメントのストリームが受信され、グループであることに留意されたい。一般的に、ソリッドステートストレージ１１０の完全な仮想ページを具える多数のＥＣＣブロックが、ソリッドステートストレージ１１０に書き込まれる。一般的に、パケッタイザ３０２は、あるサイズのデータセグメントを受信し、別のサイズのパケットを生成する。これは必要に応じて、データ若しくはメタデータセグメント、または、データ若しくはメタデータセグメントの一部が、セグメントのデータ総てがパケットにキャプチャされるように、データパケットを形成するために組み合わされることを要求する。
図６は、本発明によるデータパイプラインを用いてソリッドステートストレージデバイス１０２内のデータを管理する方法６００の別の実施例を示した概略フローチャート図である。この方法６００は開始（６０２）し、入力バッファ３０６が、ソリッドステートストレージ１１０に書き込まれる１又はそれ以上のデータまたはメタデータセグメントを受信する（６０４）。パケッタイザ３０２は、ヘッダを各パケットに加え、各パケットは、オブジェクト内のパケット長を一般的に具える。パケッタイザ３０２は、入力バッファ３０６に記憶された１又はそれ以上のセグメントを受信し（６０４）、ソリッドステートストレージ１１０用にサイズを調整された１又はそれ以上のパケットを生成することによって、１又はそれ以上のセグメントをパケット化し（６０６）、各パケットは、ヘッダと、１又はそれ以上のセグメントからのデータとを具える。
ＥＣＣジェネレータ３０４は、パケッタイザ３０２からのパケットを受信し、パケット用の１又はそれ以上のＥＣＣブロックを生成する（６０８）。書き込み同期バッファ３０８は、ＥＣＣブロックをソリッドステートストレージ１１０に書き込む前に、対応するＥＣＣブロック内に配置されるようにパケットをバッファリングし（６１０）、次いで、ソリッドステートストレージコントローラ１０４は、クロックドメイン差を考慮して適宜な時間でデータを書き込む（６１２）。データが、ソリッドステートストレージ１１０から要求されるとき、１又はそれ以上のデータパケットを具えるＥＣＣは、読み出し同期バッファ３２８に読み出され、バッファリングされる（６１４）。パケットのＥＣＣブロックは、ストレージＩ／Ｏバス２１０を介して受信される。ストレージＩ／Ｏバス２１０は双方向であるので、データが読み出されるとき、書き込み動作、コマンド動作が中止される。
ＥＣＣ修正モジュール３２２は、読み出し同期バッファ３２８で保持される要求されたパケットのＥＣＣブロックを受信し、必要に応じて各ＥＣＣブロック内のエラーを修正する（６１６）。ＥＣＣ修正モジュール３２２は、ＥＣＣブロックに１又はそれ以上のエラーが存在し、そのエラーがＥＣＣシンドロームを用いて修正可能であるか判定し、ＥＣＣ修正モジュール３２２が、ＥＣＣブロックのエラーを修正する（６１６）。ＥＣＣ修正モジュール３２２が、検出されたエラーがＥＣＣを用いて修正できないと判定した場合は、ＥＣＣ修正モジュール３２２は、中断信号を送信する。
デパケッタイザ３２４は、ＥＣＣ修正モジュール３２２がエラーを修正した後、要求されたパケットを受信し（６１８）、各パケットのパケットヘッダをチェックおよび除去することによってパケットを脱パケット化する（６１８）。アライメントモジュール３２６は、脱パケット化後、パケットを受信し、所望されないデータを除去し、セグメントまたはオブジェクトを要求するデバイスと互換性のある形態においてオブジェクトのデータまたはメタデータセグメントとしてデータパケットを再フォーマットする（６２０）。出力バッファ３３０は、脱パケット化後要求されるパケットを受信し、要求デバイス１５５に送信する前にパケットをバッファリングし（６２２）、この方法６００は終了する（６２４）。
図７は、本発明によるバンクインタリーブを用いて、ソリッドステートストレージデバイス１０２のデータを管理する方法７００に関する一実施例を示した概略フローチャート図である。この方法７００は開始し（７０２）、バンクインタリーブコントローラ３４４は、１又はそれ以上のコマンドを２又はそれ以上の待ち行列４１０、４１２、４１４、４１６に命令する（６０４）。一般的に、エージェント４０２、４０４、４０６、４０８は、コマンドタイプによってコマンドを待ち行列４１０、４１２、４１４、４１６に命令する（７０４）。待ち行列４１０、４１２、４１４、４１６の各セットは、各コマンドタイプの待ち行列を具える。バンクインタリーブコントローラ３４４は、バンク２１４間で、待ち行列４１０、４１２、４１４、４１６に記憶されたコマンドの実行を調整し（７０６）、第１のタイプのコマンドは、１つのバンク２１４ａで実行され、第２のタイプのコマンドは、第２のバンク２１４ｂで実行され、この方法７００は終了する（７０８）。
ストレージ空き領域回復
図８は、本発明によるソリッドステートストレージデバイス１０２のガベージコレクションのための装置８００に関する一実施例を示した概略ブロック図である。この装置８００は、シーケンシャルストレージモジュール８０２、ストレージ部分選択モジュール８０４、データ回復モジュール８０６、および、ストレージ部分回復モジュール８０８を具え、これらは以下で説明される。他の実施例においては、この装置８００は、ガベージ標識モジュール８１２および消去モジュール８１０を具える。
装置８００は、ストレージ部分内のページにデータパケットを順々に書き込むシーケンシャルストレージモジュール８０２を具える。パケットは、パケットが新規パケットまたは変更されたパケットであるかにかかわらず順々に記憶される。変更されたパケットは本実施例においては一般的に、既に記憶された位置に戻って書き込まれない。一実施例においては、シーケンシャルストレージモジュール８０２は、ストレージ部分のページ内の第１の位置にパケットを書き込み、次いで、ページの次の位置にパケットを書き込み、それから、次、次と、ページが満たされるまで続けられる。次いで、シーケンシャルストレージモジュール８０２は、ストレージ部分内の次のページを満たし始める。これは、ストレージ部分が満たされるまで続く。
好ましい実施例においては、シーケンシャルストレージモジュール８０２は、バンク（バンク−０ ２１４ａ）のストレージエレメント（例えば、ＳＳＳ０．０乃至ＳＳＳＭ．０ ２１６）内のストレージ書き込みバッファにパケットを書き込むことを開始する。ストレージ書き込みバッファが完全な場合、ソリッドステートストレージコントローラ１０４は、ストレージ書き込みバッファのデータを、バンク２１４ａのストレージエレメント２１６内の指定されたページにプログラミングできる。次いで、別のバンク（例えば、バンク−１ ２１４ｂ）が選択され、シーケンシャルストレージモジュール８０２は、バンク２１４ｂのストレージエレメント２１８のストレージ書き込みバッファにパケットを書き込むことを開始し、第１のバンク−０ ２１４ａは、指定されたページをプログラミングする。このバンク２１４ｂのストレージ書き込みバッファが完全な場合、ストレージ書き込みバッファの内容は、各ストレージエレメント２１８の別の指定ページにプログラミングされる。１つのバンク２１４ａをページにプログラミングする間に、別のバンク２１４ｂのストレージ書き込みバッファが満たされうるので、この処理は有効である。
ストレージ部分は、ソリッドステートストレージデバイス１０２のソリッドステートストレージ１１０の一部を具える。一般的に、ストレージ部分は消去ブロックである。フラッシュメモリについては、消去ブロックの消去動作は、各セルを充電することによって、１を消去ブロックの全ビットに書き込む。これは、位置が総て１として開始するプログラム動作と比較して、冗長的なプロセスであり、データが書き込まれるとき、いくつかのビットは、ゼロで書き込まれるセルを放電することによってゼロに変更される。しかしながら、ソリッドステートストレージ１１０がフラッシュメモリでないか、あるいは、消去サイクルが、読み出しまたはプログラム等の、その他の動作として同様の時間を費やすフラッシュメモリを有する場合は、ストレージ部分は、消去されることが要求されない。
本明細書で用いられるように、ストレージ部分は、消去ブロックに対する領域と同等であるが、消去されても消去されなくてもよい。本明細書で消去ブロックが用いられる場合、消去ブロックは、ストレージエレメント（例えば、ＳＳＳ０．０ ２１６ａ）内の指定されたサイズの特定エリアを指し、一般的に、所定量のページを具える。「消去ブロック」は、フラッシュメモリと共に用いられるとき、一般的に、書き込まれる前に消去されるストレージ部分である。「消去ブロック」は、「ソリッドステートストレージ」とともに用いられる場合、消去されても消去されなくてもよい。本明細書で用いられるように、消去ブロックは、１つの消去ブロック、または、ストレージエレメント（例えば、ＳＳＳ０．０乃至ＳＳＳＭ．０ ２１６ａ−ｎ）の各列の消去ブロックを有する消去ブロックのグループ、を具えることができ、消去ブロックは、仮想消去ブロックも意味する。仮想消去ブロックと関連した論理構成を指す場合、消去ブロックは、論理消去ブロック（「ＬＥＢ」）も意味する。
一般的に、パケットは、処理の順番によって、順々に記憶される。一実施例においては、書き込みデータパイプライン１０６が用いられる場合、シーケンシャルストレージモジュール８０２は、パケットが書き込みデータパイプライン１０６からくる順番でパケットを記憶する。有効データは、下記で説明するように、回復動作中にストレージ部分から回復されるので、上記順番は、別のストレージ部分から読み出される有効データのパケットと混合した、要求デバイス１５５から到達するデータセグメントの結果でもよい。回復された有効なデータパケットを書き込みデータパイプライン１０６に再ルーティングすることは、図３のソリッドステートストレージコントローラ１０４に関連して上述したように、ガベージコレクタバイパス３１６を具えてもよい。
装置８００は、回復用ストレージ部分を選択するストレージ部分選択モジュール８０４を具える。回復用ストレージ部分を選択することで、データを書き込むシーケンシャルストレージモジュール８０２によってストレージ部分を再利用することができ、従って、回復されたストレージ部分をストレージプールに加えるか、または、ストレージ部分がない、信頼性がない、リフレッシュすべき、あるいは、ストレージプールから一時的または永続的にストレージ部分を外すと判定した後、ストレージ部分から有効データを回復する。別の実施例においては、ストレージ部分選択モジュール８０４は、無効データの多いストレージ部分または消去ブロックを識別することによって、回復用ストレージ部分を選択する。
別の実施例においては、ストレージ部分選択モジュール８０４は、摩耗の少ないストレージ部分または消去ブロックを識別することによって回復用ストレージ部分を選択する。例えば、摩耗の少ないストレージ部分または消去ブロックを識別することは、無効データの少ない、消去サイクルの数が少ない、ビットエラー率の低い、または、プログラムカウントの低い（回数の低い、バッファ中のデータのページは、ストレージ部分のページに書き込まれ、プログラムカウントは、デバイスが製造されたときから、ストレージ部分が最後に消去されたときから、その他の任意の事象から、および、これらの組み合わせから、測定されてもよい）ストレージ部分を識別することを含む。このストレージ部分選択モジュール８０４は、摩耗量の少ないストレージ部分を判定するために、上記パラメータまたは他のパラメータの組み合わせを用いることができる。摩耗量の低いストレージ部分を判定することによる、回復用ストレージ部分の選択は、用いられているストレージ部分を見つけるのに所望され、摩耗レベルなどに合わせて回復可能である。
別の実施例においては、ストレージ部分選択モジュール８０４は、摩耗量の多いストレージ部分または消去ブロックを識別することによって回復用ストレージ部分を選択する。例えば、摩耗量の多いストレージ部分または消去ブロックを識別することは、消去サイクル数の多いストレージ部分、ビットエラー率の高いストレージ部分、回復不能ＥＣＣブロックを有するストレージ部分、または、プログラムカウントの高いストレージ部分を識別することを含む。更に、ストレージ部分選択モジュール８０４は、摩耗量の高いストレージ部分を判定する上記または他のパラメータの組み合わせを用いることができる。摩耗量の多いストレージ部分を判定することによって回復用ストレージ部分を選択することは、過剰に用いられているストレージ部分を見つけるのに所望され、消去サイクルなどを用いてストレージ部分をリフレッシュすることによって回復可能であり、または、利用不能としてサービスからストレージ部分を廃棄することができる。
装置８００は、データ回復モジュール８０６を具え、このデータ回復モジュール８０６は、回復用に選択されたストレージ部分から有効なデータパケットを読み出し、他のデータパケットを有する有効なデータパケットを待ち行列に入れてシーケンシャルストレージモジュール８０２によって順々に書き込み、シーケンシャルストレージモジュール８０２によって書き込まれた有効データの新規物理アドレスを有するインデックスを更新する。一般的に、このインデックスは、データオブジェクトから由来するパケットがソリッドステートストレージ１１０に記憶される物理アドレスに、オブジェクトのデータオブジェクト識別子をマッピングするオブジェクトインデックスである。
一実施例においては、装置８００は、ストレージ部分回復モジュール８０８を具え、このストレージ部分回復モジュール８０８は、使用または再使用のためのストレージ部分を準備し、データ回復モジュール８０６がストレージ部分から有効データをコピーするのが完了した後、データパケットを順々に書き込むために、利用可能なストレージ部分をシーケンシャルストレージモジュール８０２に標識する。別の実施例においては、装置８００は、データを記憶するために利用不可能なとき、回復用に選択されたストレージ部分を標識するストレージ部分回復モジュール８０８を具える。一般的に、これは、ストレージ部分または消去ブロックが、信頼性のあるデータストレージ用に用いられる状況ではないと、摩耗量の多いストレージ部分または消去ブロックを識別するストレージ部分選択モジュール８０４によるものである。
一実施例においては、装置８００は、ソリッドストレージデバイス１０２のソリッドストレージデバイスコントローラ２０２中にある。別の実施例においては、装置８００は、ソリッドステートストレージデバイスコントローラ２０２を制御する。別の実施例においては、装置８００の一部が、ソリッドステートストレージデバイスコントローラ２０２中にある。別の実施例においては、データ回復モジュール８０６によって更新されたオブジェクトインデックスは更に、ソリッドステートストレージデバイスコントローラ２０２中に配置される。
一実施例においては、ストレージ部分は、消去ブロックであり、装置８００は、データ回復モジュール８０６が、選択された消去ブロックから有効なデータパケットをコピーした後で、ストレージ部分回復モジュール８０８が、利用可能として消去ブロックを標識する前に、回復用に選択された消去ブロックを消去する消去モジュール８１０を具える。読み出しまたは書き込み動作よりも大幅に長い時間を要する消去動作を有するフラッシュメモリおよびその他のソリッドストレートストレージのために、新規データを書き込むことを可能にする前にデータブロックを消去することは、効率的な動作として所望される。ソリッドステートストレージ１１０がバンク２１４中に配置される場合、消去モジュール８１０による消去動作は、１つのバンクで実行され、その他のバンクは、読み出し、書き込みまたはその他の動作を実行する。
一実施例においては、装置８００は、ガベージ標識モジュール８１２を具え、このモジュール８１２は、データパケットがもはや有効ではないことを示す動作に応じて、ストレージ部分中のデータパケットが無効であると識別する。例えば、データパケットが削除される場合、ガベージ標識モジュール８１２は、データパケットが無効であると識別できる。読み出し−修正−書き込み動作は、データパケットが無効であるとして識別される別の方法である。一実施例においては、ガベージ標識モジュール８１２は、インデックスを更新することによって、データパケットが無効であると識別することができる。別の実施例においては、ガベージ標識モジュール８１２は、無効なデータパケットが削除されたことを示す別のデータパケットを記憶することによって、データパケットが無効であることを識別できる。このことが有利であるのは、ソリッドステートストレージ１１０中に、データパケットが削除されたという情報を記憶することによって、オブジェクトインデックス復元モジュール２７２または同様のモジュールが、無効データパケットが削除されたことを示すエントリを有するオブジェクトインデックスを復元することができるからである。
一実施例においては、装置８００は、性能全体を改善するために、消去コマンドに続いて、データの仮想ページの残りの部分を満たすのに使用でき、消去コマンドは、書き込みパイプライン１０６が空になり、総てのパケットが、非揮発性ソリッドステートストレージ１１０内に永続的に書き込まれるまで、書き込みパイプライン１０６にデータが流れるのを中止する。これは、必要とされるガベージコレクションの量、ストレージ部分を消去するのにかかる時間、仮想ページをプログラムするのに必要な時間を低減することができる利点を有する。例えば、ソリッドステートストレージ１１０の仮想ページ内に書き込むために１つの小さなパケットのみが準備されるときに、消去コマンドが受信される。ほぼ空の仮想ページをプログラミングすることが、浪費された空き領域をすぐに回復する必要を生じさせ、収集された不必要なガベージにして、消去され、回復され、および、シーケンシャルストレージモジュール８０２によって書き込む利用可能な空き領域のプールに戻されるストレージ部分内の有効データにする。
無効なデータパケットを実際に消去するよりも、データパケットを無効にして標識することが有効であるのは、上述したように、フラッシュメモリおよび他の同様のストレージについては、消去動作が大幅に時間をとるからである。装置８００に記載されるように、ガベージコレクションシステムが、ソリッドステートストレージ１１０内で自律的に動作できることが、読み出し、書き込みおよびその他のより迅速な動作から消去動作を分ける方法を提供することができ、ソリッドステートストレージデバイス１０２は、他の多くのソリッドステートストレージシステムまたはデータストレージデバイスよりも迅速に動作できる。
図９は、本発明によるストレージ回復のための方法９００の一実施例を示す概略フローチャート図である。方法９００は開始し（９０２）、シーケンシャルストレージモジュール８０２は、ストレージ部分にデータパケットを順々に書き込む（９０４）。ストレージ部分は、ソリッドステートストレージデバイス１０２内のソリッドステートストレージ１１０の一部である。一般的に、ストレージ部分は消去ブロックである。データパケットは、オブジェクト由来であり、データパケットは、処理の順番によって順々に記憶される。
ストレージ部分選択モジュール８０４は、回復用のストレージ部分を選択し（９０６）、データ回復モジュール８０６は、回復用に選択されたストレージ部分から有効なデータパケットを読み出す（９０８）。一般的に、有効なデータパケットは、消去または削除用に標識されていないデータパケットであるか、標識されているその他の無効データであり、有効または「優良」データとみなされる。データ回復モジュール８０６は、シーケンシャルストレージモジュール８０２によって順々に書き込まれるようにスケジューリングされた他のデータパケットを有する有効なデータパケットを待ち行列に入れる（９１０）。データ回復モジュール８０６は、シーケンシャルストレージモジュール８０２によって書き込まれる有効データの新規物理アドレスを有するインデックスを更新する（９１２）。このインデックスは、オブジェクト識別子に対するデータパケットの物理アドレスのマッピングを具える。データパケットは、ソリッドステートストレージ１１０中に記憶される際に記憶されるもの、およびデータパケットに対応するオブジェクト識別子である。
データ回復モジュール８０６は、ストレージ部分からの有効データをコピー完了後、ストレージ部分回復モジュール８０８は、データパケットを順々に書き込むシーケンシャルストレージモジュール８０２が利用可能であると、回復用に選択されたストレージ部分を標識し（９１４）、方法９００は終了する（９１６）。
空データセグメント指令
一般的に、データがもはや有用できないとき、そのデータは消去可能である。多くのファイルシステムでは、消去コマンドは、ファイルシステム中のディレクトリエントリを削除し、データを含むストレージデバイスの所定位置にあるデータを代わりに残している。一般的に、データストレージデバイスは、この種の消去動作に含まれない。データを消去する別の方法は、ゼロ、１またはその他のヌルデータキャラクタをデータストレージデバイスに書き込み、実際に消去されたファイルに置換することである。しかしながら、これが非効率なのは、データを送信することが上書きされることであるため、有効なバンド幅が用いられるからである。更に、ストレージデバイス中の空き領域は、無効データを上書きするのに用いられるデータによって占有される。
ここで記載されるソリッドステートストレージデバイス１０２のようないくつかのストレージデバイスにおいては、既に記憶されたデータを更新することは既存のデータを上書きすることではない。上記デバイス上で、１の記号列またはゼロの記号列を有するデータを上書きする試みは、既存のデータを上書きする所望の意図を完了することなく、有用な空き領域を埋める。ソリッドステートストレージデバイス１０２のような、これらのデバイスについては、クライアント１１４は、一般的に、データを消去するためにデータを上書きする能力を有しない。
反復したキャラクタ列またはキャラクタ列を受信するときに、受信したデータは、高度に圧縮可能であるが、一般的に、圧縮は、ストレージデバイスに送信する前に、ファイルシステムによってなされる。一般的なストレージデバイスは、圧縮データと非圧縮データとを区別できない。更に、ストレージデバイスは、消去されたファイルを読み出すコマンドを受信することができ、ストレージデバイスは、ゼロ、１またはヌルキャラクタの記号列を要求デバイスに送信することができる。更に、バンド幅は、消去されたファイルを示すデータを送信するのに要求される。
上述した説明から、ストレージデバイスが、空データセグメントまたは反復したキャラクタ若しくはキャラクタ列を有するデータを表すデータセグメントトークンを記憶することができるように、データを消去すべきという指令を受信するストレージデバイスのための装置、システムおよび方法に対するニーズが存在することは明らかである。装置、システムおよび方法は、更に、既存のデータを消去することができ、結果として用いられたストレージ空き領域は、小さなデータセグメントトークンを具える。従来技術の欠点の一部または全部を克服する装置、システムおよび方法が示される。
図１０は、本発明によるトークン指令を生成する装置を有するシステム１０００の一実施例を示した概略ブロック図である。この装置は、トークン指令生成モジュール１００２、トークン指令送信モジュール１００４、読み出し受信モジュール１００６、読み出し要求送信モジュール１００８、読み出しトークン指令受信モジュール１０１０、要求クライアント応答モジュール１０１２およびデータセグメント再生成モジュール１０１４を具え、これらは以下で説明する。一実施例においては、この装置は、ストレージコントローラ１５２およびデータストレージデバイス１５４を有するストレージデバイス１５０に接続したサーバ１１２内にあり、これらは、上述したものと実質的に同等である。
一実施例においては、この装置は、トークン指令を有するストレージ要求を生成するトークン指令生成モジュール１００２を具える。トークン指令は、ストレージデバイス１５０上のデータセグメントトークンを記憶する要求を具える。トークン指令は、ストレージデバイス１５０に送信されて、データセグメントトークンが所定位置に送信されていなかった場合にデータセグメントとして記憶される、反復する同一キャラクタの配列、又は反復する同一キャラクタ列の配列に置換されるように意図される。一実施例においては、反復する同一キャラクタの配列は、データセグメントが空であることを示唆する。例えば、反復する同一キャラクタの配列は、ゼロまたは１であってもよく、ゼロまたは１で埋められたデータはセグメントは、空として解釈される。
トークン指令は、少なくともデータセグメント識別子およびデータセグメント長を具える。データセグメント識別子は、一般的に、オブジェクトＩＤ、ファイル名、あるいは、ストレージデバイスに反復する同一キャラクタまたはキャラクタ列を記憶しようとする、ファイルシステム、アプリケーション、サーバ１１２などに対する既知のその他の識別子である。データセグメント長は、反復する同一キャラクタまたはキャラクタ列の配列によって求められるストレージ空き領域である。データセグメントトークンおよびトークン指令は、一般的に、反復する同一キャラクタの配列のような、データセグメントのデータを具えていない。
しかしながら、トークン指令は、少なくとも１インスタンスの反復する同一キャラクタまたはキャラクタ列のような、データセグメントトークンを形成する他の関連情報を具える。更に、トークン指令は、データセグメント位置、ファイルシステムからのアドレス、データセグメントに対応するデータストレージデバイスの位置などのような、メタデータを具えることができる。当分野の当業者は、トークン指令とともに含むことができるその他の情報が分かるであろう。一実施例においては、トークン指令生成モジュール１００２は、トークン指令とともにデータセグメントトークンを生成する。
一実施例においては、トークン指令生成モジュール１００２は、ストレージデバイス１５０に既存のデータを上書きする要求に応答して、トークン指令および安全消去コマンドの双方を生成する。既存のデータは、トークン指令におけるデータセグメント識別子と同一のデータセグメント識別子を有するストレージデバイス１５０で識別されたデータを具える。一般的に、データを上書きする要求は、無効またはガベージとしてデータを単に標識するか、データまたは他の一般的な削除動作に対するポインタを削除するのに十分ではないが、データは、回復不能なように上書きされるように要求される場合に送信される。例えば、データを上書きする要求は、データが機密情報と考えられ、安全上の理由から破壊されなければならない場合に要求される。
安全消去コマンドは、ストレージデバイス１５０が既存のデータを上書きするように命令し、既存のデータは回復不能となる。次いで、ストレージデバイス１５０は、既存のデータを上書き、回復、消去するとともに、データセグメントトークンを生成する。結果として、既存のデータは、回復不能になり、データセグメントトークンは、ストレージデバイス１５０に記憶され、一般的に、既存のデータよりも大幅に少ないストレージ空き領域を取る。
さらなる実施例においては、装置は、消去確認モジュール１０１６を具え、この消去確認モジュール１０１６は、ストレージデバイス１５０の既存のデータが、キャラクタとともに上書きされ、既存のデータが回復不能であることの確認を受信する。この確認は、要求デバイスまたはクライアント１１４に転送され、既存のデータが回復不能である条件におかれたことを確認するために用いられうる。他の実施例においては、安全消去コマンドは、ストレージデバイス１５０が、特有のキャラクタまたはキャラクタ列を有する既存のデータを上書きするように命令でき、実行コマンドは、複数回実行することができる。当分野の当業者は、既存のデータが回復不能であることを確証するために、１又はそれ以上の安全消去コマンドを構成する他の方法が分かるであろう。
データは、暗号化可能であり、次いで、ストレージデバイス１５０に記憶され、データを記憶すると共にストレージデバイス１５０によって受信される暗号化キーを用いて暗号化がなされる。既存のデータが、記憶される前に受信された暗号化キーで暗号化される場合、別の実施例においては、トークン指令生成モジュール１００２は、既存のデータを上書きするための要求を受信するのに応じて、トークン指令を生成するとともに暗号化消去コマンドを生成する。暗号化消去コマンドは、既存のデータを記憶するのに用いられる暗号化キーを消去し、暗号化キーは回復不能になる。
一実施例においては、暗号化キーを消去することは、要求デバイスから暗号化キーを消去することを具える。別の実施例においては、暗号化キーを消去することは、サーバ、キーの保管場所、キーが記憶されるその他の位置から暗号化キーを消去することを具える。暗号化キーを消去することは、暗号化キーは、いずれの方法でも回復することができないように、他のデータまたはキャラクタの配列を用いて暗号化キーを置換することを含むことができる。一般的に、暗号化ルーチンが、既存のデータを復号化する試みを邪魔するのに十分ロバストである既存のデータを暗号化するのに用いられた場合、暗号化キーを消去することは、ストレージデバイス１５０の既存のデータを回復不能にする。既存のデータを上書きする要求は、データを安全上の理由から上書きする安全消去指令、データを消去するためのデータを上書きする要求、または、反復する同一キャラクタまたはキャラクタ列で既存のデータを置換しようとする要求などでもよい。一実施例においては、安全消去指令は、デバイスに、暗号化キーを安全に消去させ、既存のデータを安全に消去させることを両方行う。一実施例においては、暗号化キーの消去によって、ガベージコレクションプロセスがストレージ空き領域回復プロセスの一部としてデータを消去するまで、ストレージデバイス１５０のデータの安全消去を延期することが可能となる。当分野の当業者は、暗号化キーを消去するその他の方法、および、既存のデータを上書きする要求を受信するその他の方法が分かるであろう。
一実施例においては、トークン指令は、データセグメントトークンを具え、トークン指令送信モジュール１００４は、トークン指令とともにデータセグメントトークンを送信する。別の実施例においては、トークン指令は、データセグメントトークンを具えずに、データセグメントトークンを生成するためのストレージデバイス１５０用のコマンドを具える。この実施例においては、トークン指令送信モジュール１００４は、データセグメントトークンを生成するコマンドを有するトークン指令を送信し、データセグメントトークンを送信しない。
この装置は、ストレージデバイス１５０にトークン指令を送信するトークン指令送信モジュール１００４を具える。一般的に、トークン指令送信モジュール１００４は、ストレージ要求の一部としてトークン指令を送信する。ストレージ要求は、オブジェクト要求の形態、データ要求、または当分野の当業者に周知の他の形態であってもよい。トークン指令生成モジュール１００２が安全消去指令を生成する場合、トークン指令送信モジュール１００４は、安全消去指令をストレージデバイス１５０に送信する。トークン指令生成モジュール１００２は、消去暗号化キーコマンドを生成する場合、必要がある場合には、コマンドを実行する別のデバイスに消去暗号化キーコマンドが送信される。
一実施例においては、トークン指令送信モジュール１００４は、データセグメントトークンなしでトークン指令を送信する。この実施例においては、トークン指令は、データセグメントトークを生成するための、ストレージデバイス１５０に対する命令及び情報を具える。別の実施例においては、トークン指令送信モジュール１００４は、データセグメントトークンを具えるトークン指令を送信する。この実施例においては、ストレージデバイス１５０は、トークン指令と共に受信されたデータセグメントが、データセグメントを表し、適宜なアクションをとり、データセグメントトークンを記憶し、データセグメントトークンは、一般的なデータとしてデータセグメントトークンを単に記憶するのではないデータセグメントを表すことを認識できる。
特定の実施例においては、装置は、ストレージデバイス１５０からデータセグメントを読み出すストレージ要求を受信する読み出し受信モジュール１００６と、ストレージデバイス１５０にストレージ要求を送信する読み出し要求送信モジュール１００８とを具える。一般的に、ストレージ要求は、外部クライアント１１４のような要求クライアント１１４、サーバ１１２で動くアプリケーションまたはファイルサーバのような、サーバ１１２内部のクライアント１１４等から受信される。当分野の当業者は、読み出し受信モジュール１００６がストレージ要求を受信できる要求クライアント１１４として機能するその他のデバイスおよびソフトウェアが分かるであろう。
ストレージ要求は、トークン指令送信モジュール１００４によってストレージデバイス１５０に送信されるトークン指令に記憶されるように要求されたデータセグメントトークンに対応する、データセグメントを読み出すための要求を具える。一実施例においては、要求クライアント１１４は、データセグメントがデータセグメントトークンの形態で記憶されたことを認識しない。別の実施例においては、要求デバイスは、データセグメントが、データセグメントトークンとして記憶されたことを認識するが、データセグメントトークンに記憶された情報を認識しない。
特定の実施例においては、装置は更に、ストレージデバイス１５０から要求されたデータセグメントトークンに対応するメッセージを受信する読み出しトークン指令受信モジュール１０１０を具え、このメッセージは、少なくともデータセグメント識別子およびデータセグメント長を具える。このメッセージは、一般的に、データセグメントのデータを含まない。更に、このメッセージは、データセグメント位置または反復する同一キャラクタ若しくはキャラクタ列のような、データセグメントトークンに記憶されたその他の情報を具えることができる。特定の実施例においては、この装置は、ストレージデバイス１５０から受信したメッセージから構築された要求クライアント１１３に、応答を送信する要求クライアント応答モジュール１０１２を具える。
一実施例においては、読み出しトークン指令受信モジュール１０１０も、メッセージにおいて、既存のデータがキャラクタで上書きされたことの確認を受信し、既存のデータは回復不能となり、既存のデータは、ストレージデバイス１５０に以前に記憶されており、メッセージで受信されたデータセグメントトークンからの同一データセグメント識別子として参照される。この確認は、データセグメントを読み出すためにストレージ要求から別個にストレージデバイス１５０から受信されてもよい。
別の実施例においては、要求クライアント１１４は、データセグメントを要求する場合、この装置は、メッセージ中に含まれる情報を用いて、データセグメントのデータを復元するデータセグメント再生成モジュール１０１４を具える。この場合、要求クライアントに送信される応答は、復元されたデータセグメントを含む。別の実施例においては、要求クライアントに送信される応答は、ストレージデバイス１５０から受信したメッセージに含まれる情報を具える。要求クライアント１１４は、次いで、データセグメントを復元し、その他の方法において、この情報を用いることができる。別の実施例においては、メッセージは、データセグメントトークンを具える。データセグメントトークンは、要求クライアント１１４に転送する前にデータセグメントを復元するために、データセグメント再生成モジュール１０１４によって用いられ、あるいは、要求クライアント応答モジュール１０１２が、データセグメントトークンを単純に転送することができる。
一実施例においては、トークン指令を有するストレージ要求は、更に、ストレージデバイス１５０にストレージ空き領域を割り当てる要求を具え、要求された、割り当てられた空き領域は、データセグメント長とほぼ同一のストレージ空き領域量である。別の実施例においては、ストレージ空き領域を割り当てる要求は、データセグメント長とは異なるストレージ空き領域量用である。例えば、ストレージデバイス１５０がソリッドステートストレージデバイス１０２である場合、ソリッドステートストレージデバイス１０２は、ハードドライブまたはその他の低価格の長期ストレージに接続でき、ソリッドステートストレージ１１０は、長期ストレージ用キャッシュとして構成される。ストレージを割り当てる要求は、ソリッドステートストレージデバイス１０２に、ソリッドステートストレージデバイス１０２にデータを書き込む準備をする際、長期ストレージに対するキャッシュの一部を消去させる。当分野の当業者は、所望されるストレージ空き領域を割り当てる要求であるその他の条件が分かるであろう。
一実施例においては、装置は、読み出し受信モジュール１００６、読み出し要求送信モジュール１００８、読み出しトークン指令受信モジュール１０１０および要求クライアント応答モジュール１０１２で提供され、これらは、上述したものと実質的に同等なものにできる。その実施例においては、モジュール１００６−１０１２は、トークン指令生成モジュール１００２またはトークン指令送信モジュール１００４を具える装置から独立していてもよい。一実施例においては、この装置は、データセグメント再生成モジュール１０１４を具え、これは、上述したデータセグメント再生成モジュール１０１４と実質的に同じである。
図１１は、本発明によるトークン指令を生成し送信する方法１１００の一実施例を示した概略フローチャート図である。この方法１１００は開始し（１１０２）、トークン指令生成モジュール１００２は、トークン指令を有するストレージ要求を生成し（１１０４）、トークン指令は、ストレージデバイス１５０にデータセグメントトークンを記憶する要求を具える。トークン指令送信モジュール１００４は、ストレージデバイス１５０にトークン指令を送信し（１１０６）、方法１１００は終了する（１１０８）。一実施例においては、ストレージ要求は、データセグメントトークンを記憶するトークン指令を具え、ストレージ要求は、データセグメントのデータを実質的に含まない。別の実施例においては、ストレージ要求は、データセグメントからのデータを含む。好ましい実施例においては、ソフトウェアアプリケーションは、データセグメントの生成を回避するためにトークン指令を用いてストレージ要求を生成する。別の実施例においては、ソフトウェアアプリケーションは、トークン指令の生成を要求する。
図１２は、本発明によるデータセグメントトークンを読み出す方法１２００の一実施例を示した概略フローチャート図である。この方法１２００は、開始し（１２０２）、読み出し受信モジュール１００６は、要求クライアント１１４から、ストレージデバイス１５０からのデータセグメントを読み出すストレージ要求を受信する（１２０４）。読み出し要求送信モジュール１００８は、ストレージデバイス１５０にストレージ要求を送信する（１２０６）。
読み出しトークン指令受信モジュール１０１０は、ストレージデバイス１５０から、要求されたデータセグメントトークンに対応するメッセージを受信し（１２０８）、このメッセージは、少なくともデータセグメント識別子およびデータセグメント長を具える。このメッセージは、データセグメントのデータを実質的に含まない。要求クライアント応答モジュール１０１２は、ストレージデバイス１５０から受信されたメッセージから構築された要求クライアントに対する応答を送信し（１２１０）、この方法１２００は、終了する（１２１２）。
図１３は、本発明によるデータセグメントトークンを管理するための装置を有するシステム１３００の一実施例を示した概略ブロック図である。このシステム１３００は、書き込み要求受信モジュール１３０２およびデータセグメントトークンストレージモジュール１３０４を有する装置を具え、様々な実施例においては、トークン生成モジュール１３０６、読み出し要求受信モジュール１３０８、読み出しデータセグメントトークンモジュール１３１０、送信データセグメントトークンモジュール１３１４および送信データセグメントモジュール１３１６を有する読み出し要求応答モジュール１３１２、復元データセグメントモジュール１３１８、消去確認モジュール１３２２を有する安全消去モジュール１３２０、ストレージ空き領域割り当てモジュール１３２４、を具え、これらは、以下で説明する。システム１３００は、ストレージコントローラ１５２およびデータストレージデバイス１５４を有するストレージデバイス１５０を具え、これらは、上述したものと実質的に同じである。システム１３００は、要求デバイス１３２６を具え、これは以下に記載されているように、ストレージデバイス１５０と接続している。
示された実施例においては、モジュール１３０２−１３２４は、ストレージデバイス１５０またはストレージコントローラ１５２に含まれる。別の実施例においては、１又はそれ以上のモジュール１３０２−１３２４の少なくとも一部分は、ストレージデバイス１５０の外側に配置される。更なる実施例においては、要求デバイス１３２６は、ドライバ、ソフトウェアまたは１又はそれ以上のモジュール１３０２−１３２４のその他の機能の形態において、モジュール１３０２−１３２４の一部を具える。例えば、トークン生成モジュール１３０６および復元データセグメントモジュール１３１８は、要求デバイス１３２６中に示されている。当分野の当業者は、モジュール１３０２−１３２４の機能を分散し、実装するその他の方法が分かるであろう。
この装置は、要求デバイス１３２６からのストレージ要求を受信する書き込み要求受信モジュール１３０２を具え、ストレージ要求は、ストレージデバイス１５０内にデータセグメントを記憶する要求を具える。データセグメントは、反復する同一キャラクタ又はキャラクタ列の配列を具える。一般的に、反復する同一キャラクタの配列は、データセグメントが空であることを意味する。これは特に、反復する同一キャラクタの配列が１又はゼロである場合に正しい。この装置は、ストレージデバイス１５０内にデータセグメントトークンを記憶するデータセグメントトークンストレージモジュール１３０４を具える。データセグメントトークンは、少なくともデータセグメント識別子およびデータセグメント長を具える。データセグメントトークンは、データセグメントからの実際のデータを実質的に含まない。
データセグメントトークンは、多数の形態で記憶可能である。一実施例においては、インデックス中のエントリを具えており、このインデックスは、ストレージデバイス１５０に記憶された情報およびデータに対応する。例えば、このインデックスは、図２に示された装置２００に関連して上述したように、オブジェクトインデックスであってもよい。更に、このインデックスは、ファイルシステムインデックス、ブロックストレージインデックス、または、当分野の当業者に周知なその他のインデックスであってもよい。別の実施例においては、データセグメントトークンは、ストレージデバイス１５０に記憶されるメタデータを具え、あるいは、その形態である。別の実施例においては、セグメントトークンが、ストレージデバイス１５０にメタデータとして記憶され、インデックス中のエントリを具える。当分野の当業者は、データセグメントトークンを記憶する他の方法が分かるであろう。
一実施例においては、ストレージ要求は、データセグメントトークンを記憶するトークン指令を具え、このストレージ要求は、データセグメントのデータを実質的に含まない。トークン指令は、データセグメントトークンを生成するデータセグメントトークンまたはコマンドを具えることができる。トークン指令は、データセグメントトークンを具えていない場合、データトークンストレージモジュール１３０４は、トークン指令中の情報からデータセグメントトークンを生成する。トークン指令がデータセグメントトークンを具える場合は、データセグメントトークンストレージモジュール１３０４が、トークン指令中のデータセグメント識別子によって識別されるデータセグメントを表すデータ構造としてデータセグメントを認識し、適宜にデータセグメントトークンを記憶する。
一般的に、データセグメントトークンストレージモジュール１３０４が、データセグメントトークンを認識する場合、データセグメントトークンは、ストレージデバイス１５０に記憶される他のデータとは何らかの方法で区別される。例えば、要求デバイス１３２６は、データを圧縮のみし、圧縮オブジェクト、ファイルまたはセグメントを送信するが、ストレージデバイス１５０は、他のストレージ要求によって受信された他のデータから圧縮データセグメントを区別できない。
データセグメントトークンストレージモジュール１３０４は、受信されたデータセグメントトークンがデータセグメントトークンであることを認識する場合、データセグメントトークンストレージモジュール１３０４は、読み出すとき、データセグメントトークンが、データセグメントトークンではなくデータセグメントとして存在するような方法で、データセグメントトークンを記憶することができる。当分野の当業者は、受信したデータセグメントトークンが、データセグメントではなくデータセグメントトークンであると認識した後に、データセグメントトークンストレージモジュール１３０４がデータセグメントトークンを記憶することができるような他の方法が分かるであろう。
別の実施例においては、ストレージ要求は、データセグメントからのデータを具える。この実施例においては、この装置は、データセグメントからデータセグメントトークンを生成するトークン生成モジュール１３０６を具え、データセグメントトークンは、データセグメントを記憶するストレージ要求に応答して生成される。更なる実施例においては、トークン生成モジュール１３０６は、可能なドライバ形態において、要求デバイス１３２６中に常駐する。
一実施例においては、この装置は、既存のデータが回復不能であるように、キャラクタを用いて既存のデータを上書きする安全消去モジュール１３２０を具え、既存のデータは、ストレージ要求で識別されたデータセグメントと同一のデータセグメント識別子で識別された、ストレージデバイス１５０で既に記憶されたデータセグメントのデータを具える。この実施例においては、データセグメントトークンは、データセグメント識別子およびデータセグメント長とともに記憶され、データセグメントトークンに記憶された同一のデータセグメント識別子によって識別される既存のデータは、既存のデータを上書きすることで消去される。一般的に、既存のキャラクタは、ゼロ、１、または、その他のキャラクタ列によって上書きされ、データは破壊され、回復不能となる。
さらなる実施例においては、安全消去モジュール１３２０は、既存のデータが上書きされることを示すメッセージを送信する消去確認モジュール１３２２を更に具える。一般的に、メッセージは、要求デバイス１３２６に送信される。消去確認メッセージは、安全消去モジュール１３２０が既存のデータを上書きした後に送信される。このメッセージは、ストレージ要求として同一のトランザクションにおいて、あるいは、異なるトランザクションにおいて、送信されてもよい。
別の実施例においては、安全消去モジュール１３２０は、ストレージ空き領域回復動作中に、既存のデータを上書きする。例えば、ストレージデバイス１５０がソリッドステートストレージデバイス１０２である場合、上述したように、ストレージ空き領域回復動作は、図８に示した装置８００に関して記載されたガベージコレクションに関連してもよい。しかしながら、既存のデータを上書きする要求を含むストレージ空き領域回復動作は、一般的に促進され、既存のデータが記憶されるストレージ位置が、確認メッセージが消去確認モジュール１３２２によって送信される前に、必ず回復される。一実施例においては、既存のデータは、安全消去が要求されていることを示すように、標識され、あるいは、識別される。一般的に、確認メッセージは、消去を標識した既存のデータが上書きされて回復不能になるまで、送信されない。別の実施例においては、安全消去モジュール１３２０は、後のストレージ空き領域回復のために無効であることを既存のデータに標識するのみである。別の実施例においては、安全消去は、既存のデータが無効であることを示すインデックスを更新し、後のストレージ空き領域回復中にデータが上書きされるまで、このデータへのアクセスを阻止する。
一実施例においては、安全消去モジュール１３２０は、データセグメントが記憶される毎に、既存のデータを上書きする。別の実施例においては、既存のデータを上書きする要求を特に具え、安全消去モジュール１３２０は、既存のデータを上書きする要求に応答して、既存のデータを上書きする。別の実施例においては、安全消去モジュール１３２０は、既存のデータが消去されたという確認に関するメタデータ情報を記憶し、次の読み出しが消去を指示することができる。
安全消去が受信されない場合の他の実施例において、既存のデータが削除される。一実施例においては、データを削除することは、インデックスエントリ、アドレスなどを削除することを具える。好ましい実施例においては、データセグメントトークンが記憶されるとき、対応する既存のデータは、無効あるいはストレージ回復の準備ができていると標識される。このデータは、ストレージ回復動作またはガベージコレクション動作などにおいて後で回復可能である。
特定の実施例においては、この装置は、データセグメントを読み出すためのストレージ要求を受信する読み出し要求受信モジュール１３０８、ストレージ要求によって要求されるデータセグメントに対応するデータセグメントトークンを読み出す読み出しデータセグメントトークンモジュール１３１０、および、要求デバイス１３２６に対する応答を送信する読み出し要求応答モジュール１３１２を具える。この応答は、要求されたデータセグメントに対応するデータセグメントトークンを用いて生成される。
一実施例において、データセグメントを読み出すストレージ要求は、ストレージ要求に関連しており、ストレージ要求が成功したことを確認するのに役立つ。別の実施例においては、データセグメントを読み出す要求は、ストレージ要求から独立しており、ストレージ要求を生成した要求デバイス１３２６または別の別個の要求デバイス１３２６によって開始されてもよい。
一実施例においては、要求デバイス１３２６が、実際のデータの位置にあるデータセグメントトークンからの情報を受信する場合、読み出し要求応答モジュール１３１２は、要求デバイス１３２６へのメッセージに応答して送信する送信データセグメントトークンモジュール１３１４を具える。このメッセージは、少なくともデータセグメント識別子およびデータセグメント長を具えるが、更に、データセグメント位置、少なくとも１インスタンスの反復する同一キャラクタ又はキャラクタ列、あるいは、その他の関連情報を具えてもよい。一般的に、メッセージは、データセグメントトークンに含まれるもの以外に、データセグメントの実際のデータを具えていない。
別の実施例においては、要求デバイス１３２６は、データセグメントを受信するとされる場合、この装置は、データセグメントトークンを用いて、データセグメントのデータを復元する復元データセグメントモジュール１３１８を具える。読み出し要求応答モジュール１３１２は、更に、要求デバイス１３２６に復元された、要求されたデータセグメントを送信する、送信データセグメントモジュール１３１６を具える。別の実施例において、復元データセグメントモジュール１３１８は、可能であれば、ドライバの形態において、要求デバイス１３２６に常駐し、送信データセグメントトークモジュール１３１４は、データセグメントトークン情報を有するメッセージを要求デバイス１３２６に送信する。復元データセグメントモジュール１３１８は、要求デバイス１３２６で、メッセージから要求されたデータセグメントを復元する。
一実施例においては、システム１３００は、読み出し要求受信モジュール１３０８、読み出しデータセグメントトークンモジュール１３１０、読み出し要求応答モジュール１３１２を含む別の装置を具え、これらは、上述したものと実質的に同一である。この装置は、書き込み要求受信モジュール１３０２およびデータセグメントトークンストレージモジュール１３０４を具える装置から独立していてもよい。一実施例においては、読み出し要求応答モジュール１３１２は、送信データセグメントトークンモジュール１３１４および／または送信データセグメントモジュール１３１６を具え、この装置は、復元データセグメントモジュール１３１８を具えてもよく、モジュール１３１４、１３１６、１３１８が上述したものと実質的に同じである。
図１４は、本発明によるデータセグメントトークンを記憶する方法１４００の一実施例を示す概略フローチャート図である。この方法１４００は、開始し（１４０２）、書き込み要求受信モジュール１３０２が、要求デバイス１３２６からのストレージ要求を受信し（１４０４）、上記ストレージ要求は、ストレージデバイス１５０にデータセグメントを記憶する要求を具える。データセグメントは、反復する同一キャラクタ又はキャラクタ列の配列を具える。データセグメントトークンストレージモジュール１３０４は、ストレージデバイス１５０にデータセグメントトークンを記憶し（１４０６）、方法１４００は終了する（１４０８）。データセグメントトークンは、少なくともデータセグメント識別子およびデータセグメント長を具え、データセグメントトークンは、ほとんどの部分に関してデータセグメントからのデータを具えていない。
図１５は、本発明によるデータセグメントトークンを読み出す方法１５００の一実施例を示した概略フローチャート図である。この方法１５００は開始し（１５０２）、読み出し要求受信モジュール１３０８が、ストレージデバイス１５０からデータセグメントを読み出すストレージ要求を受信する（１５０４）。データセグメントは、データセグメントトークンによってストレージデバイス１５０に表現され、このデータセグメントは、反復する反復する同一キャラクタ又はキャラクタ列の配列を具える。このデータセグメントトークンは、少なくともデータセグメント識別子およびデータセグメント長を具え、データセグメントトークンは、データセグメントからのデータを具えていない。読み出しデータセグメントトークンモジュール１３１０は、ストレージ要求において要求されたデータセグメントに対応するデータセグメントを読み出し（１５０６）、読み出し要求応答モジュール１３１２は、ストレージデバイス１５０の要求に対して応答を送信し（１５０８）、この方法１５００は終了する（１５１０）。この応答は、要求されたデータセグメントに対応するデータセグメントトークンを用いて生成される。
本発明は、本発明の精神または本質的特徴から逸脱することなく、その他の特定の形態で実施され得る。示された実施例は、例示のみであって、限定ではないと総ての点で見なされるべきである。本発明の範囲は、従って、上述した説明ではなく、添付の請求の範囲によって規定される。請求項と同等の意味および範囲にある総ての変更は、本発明の範囲に包含されるべきである。

Claims (24)

  1. 不揮発性ストレージメディアに記憶されるデータを管理する方法であって、該方法が、
    ファイルシステムからのメッセージをストレージコントローラで受け取るステップであって、ファイルシステムが、保存する必要のない不揮発性ストレージメディアのデータを特定するストレージ要求を受け取るファイルシステムに応じてメッセージを送るよう構成され、メッセージが、論理識別子がもはや不揮発性ストレージメディアに記憶される参照データとして使用されていないことを示し、論理識別子が、ストレージコントローラによって維持されたインデックスで不揮発性ストレージメディアの物理的ストレージ位置にマッピングされるステップと；
    インデックス中の論理識別子と関連した不揮発性ストレージメディアの特定の物理的ストレージ位置が保存される必要がないことを記録するステップと；
    を具えることを特徴とする方法。
  2. 請求項１の方法において、
    不揮発性ストレージメディアのストレージコントローラが、
    追記のみの書き込みプロセスを使用して不揮発性ストレージメディアにデータを記憶するよう構成され、
    保存する必要のない不揮発性ストレージメディアに記憶されているデータの物理的なストレージ位置を再使用するストレージ空き領域回復プロセスを使用して不揮発性ストレージメディアにストレージ空き領域を回復するよう構成され、
    ていることを特徴とする方法。
  3. 請求項１の方法において、
    特定の物理的なストレージ位置を具える記憶部分を回復するステップをさらに具え、
    記憶部分を回復するステップが、不揮発性ストレージメディアから特定の物理的ストレージ位置の内容を消去するステップを具える、ことを特徴とする方法。
  4. 請求項１の方法において、
    不揮発性ストレージメディアにデータセグメントトークンを記憶するステップであって、データセグメントトークンがメッセージを保存するステップをさらに具えることを特徴とする方法。
  5. 請求項４の方法において、
    データパケットが処理される順に不揮発性ストレージメディアにデータパケットを連続して記憶するステップと、
    インデックスのエントリが不揮発性ストレージメディアに記憶されたデータパケットを連続的に読み取ることで再構成されるように、不揮発性ストレージメディアにデータセグメントトークンを連続的に記憶するステップと、
    をさらに具えることを特徴とする方法。
  6. 請求項４の方法において、
    データセグメントを読み取るためのストレージ要求を受け取るステップであって、データセグメントがデータセグメントトークンのデータセグメント識別子と合致するデータセグメント識別子によって特定されるステップと；
    ストレージ要求によって要求されるデータセグメントトークンを読み取るステップと；
    データセグメントトークンを使用して生成した応答を送るステップであって、応答が要求したデータセグメントが無効データを具えることを示すステップと；
    をさらに具えることを特徴とする方法。
  7. 請求項１の方法において、
    メッセージとの整合性を確認するステップを、さらに具えることを特徴とする方法。
  8. 請求項１の方法において、
    ファイルシステムがブロックストレージデバイスのクライアントを具えることを特徴とする方法。
  9. 請求項１の方法において、
    不揮発性ストレージメディアが使用可能なストレージ容量を維持するためのストレージ空き領域回復を要求することを特徴とする方法。
  10. 請求項１の方法において、
    不揮発性ストレージメディアに保存する必要のない不揮発性ストレージメディアの物理的なストレージ位置を再利用するステップ、をさらに具えることを特徴とする方法。
  11. 請求項１の方法において、
    メッセージが、特定の物理的なストレージ位置の内容が解読不能となるように、特定の物理的ストレージ位置を上書きするよう不揮発性ストレージメディアのストレージコントローラに指示する安全消去コマンドであることを特徴とする方法。
  12. 請求項１の方法において、
    メッセージが、特定の物理的なストレージ位置の内容が消去されるように、特定の物理的なストレージ位置のビット数を２進数に設定するよう不揮発性ストレージメディアのストレージコントローラに指示する安全消去コマンドであることを特徴とする方法。
  13. 請求項１の方法において、
    論理識別子が、オブジェクト識別子、ブロック識別子、論理ブロックアドレスおよびファイル識別子のいずれかを具えることを特徴とする方法。
  14. 不揮発性ストレージメディアに記憶されるデータを管理する方法であって、当該方法が、
    保存する必要がない不揮発性ストレージメディアのデータを特定するストレージ要求を受け取るオペレーティングシステムに対応して、アプリケーションプログラミングインターフェース（ＡＰＩ）を介してオペレーティングシステムからメッセージを受け取るステップであって、メッセージが、論理識別子が不揮発性ストレージメディアに記憶された参照データに対しもはや使用されないことを示すステップと；
    論理識別子と関連した不揮発性ストレージメディアの特定の物理的なストレージ位置の内容が保存する必要がないことを記録するステップと；
    を具えることを特徴とする方法。
  15. 請求項１４の方法において、
    不揮発性メディアのストレージコントローラのドライバでメッセージを受け取るステップをさらに具えることを特徴とする方法。
  16. 請求項１４の方法において、
    インデックスを用いる特定の物理的なストレージ位置に論理識別子をマッピングするステップをさらに具えることを特徴とする方法。
  17. 請求項１４の方法において、
    不揮発性メディアのストレージコントローラが、
    追記のみの書き込みプロセスを使用して不揮発性ストレージメディアにデータを記憶するよう構成され、
    保存する必要がない不揮発性ストレージメディアに記憶されているデータの物理的なストレージ位置を再使用するストレージ空き領域回復プロセスを使用して不揮発性ストレージメディアにストレージ空き領域を回復するよう構成され、
    ていることを特徴とする方法。
  18. 請求項１４の方法において、
    論理識別子が、オブジェクト識別子、ブロック識別子、論理ブロックアドレスおよびファイル識別子のいずれかを具えることを特徴とする方法。
  19. 不揮発性ストレージメディアに記憶されたデータを管理する方法であって、当該方法が、
    保存する必要のない不揮発性ストレージデバイスのデータを特定するストレージ要求を受け取るストレージクライアントに応じて不揮発性ストレージデバイスのストレージインターフェースを介してストレージクライアントから情報を受け取るステップであって、情報が、論理識別子が不揮発性ストレージメディアに記憶された参照データに対するストレージクライアントによってもはや使用されないことを示し、論理識別子が、不揮発性ストレージデバイスのインデックスで不揮発性ストレージメディアの特定の物理的ストレージ位置と関連するステップと；
    インデックス中の論理識別子と関連した不揮発性ストレージメディアの特定の物理的なストレージ位置の内容が情報に応じて保存される必要がないことを記録するステップと；
    を具えることを特徴とする方法。
  20. 請求項１９の方法において、
    インデックスを用いる特定の物理的なストレージ位置に論理識別子をマッピングするステップをさらに具えることを特徴とする方法。
  21. 請求項１９の方法において、
    特定の物理的なストレージ位置の内容が保存する必要がないことを記録するステップが、特定の物理的な位置が再使用可能であることを記録するステップを具えることを特徴とする方法。
  22. 請求項１９の方法において、
    特定の物理的なストレージ位置の内容が保存する必要がないことを記録するステップが、不揮発性ストレージメディアの消去ブロックの部分が再使用可能であることを記録するステップを具えることを特徴とする方法。
  23. 請求項１９の方法において、
    不揮発性ストレージメディアのためのストレージコントローラは、
    追記のみの書き込みプロセスを使用して不揮発性ストレージメディアにデータを記憶するよう構成され、
    保存する必要がない不揮発性ストレージメディアに記録されているデータを再使用するストレージ空き領域回復プロセスを使用して不揮発性ストレージメディアにストレージ空き領域を回復するよう構成され、
    ていることを特徴とする方法。
  24. 請求項１９の方法において、
    論理識別子が、オブジェクト識別子、ブロック識別子、論理ブロックアドレスおよびファイル識別子のいずれかを具えることを特徴とする方法。
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