TWI621014B - 資料儲存裝置、存取系統、以及存取方法 - Google Patents

資料儲存裝置、存取系統、以及存取方法 Download PDF

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Abstract

一種主機裝置，其包括處理器以及介面。處理器根據存取操作中的一邏輯區塊位址來產生一物理區塊位址以及一固態硬碟識別碼。介面耦接處理器。處理器根據固態硬碟識別碼，透過介面指示複數固態硬碟中的一個來存取物理區塊位址的資料。

Description

資料儲存裝置、存取系統、以及存取方法
本發明係有關於一種用於獨立硬碟冗餘陣列(Redundant Array of Independent Disk，RAID)架構下的存取系統與方法。
獨立硬碟冗餘陣列(Redundant Array of Independent Disk，RAID)技術是指將多個硬碟組合起來以形成一個硬碟陣列組，使其效能可達到或甚至超過一個價格昂貴且容量巨大的硬碟。RAID技術依據讀取方式與容錯功能而可分為多個等級。其中，RAID 5.0則是一種儲存效能、資料安全、與儲存成本兼顧的儲存解決方案。在RAID 5.0規格的儲存系統中，主機把資料和相對的同位元檢查碼儲存在不同的硬碟上。如此一來，當其中一個硬碟損壞時，可利用其餘的資料和同位元檢查碼來恢復損壞的資料。然而，RAID架構下的每一硬碟的控制器都需要各自的快閃轉換層(flash translation layer，FTL)來進行邏輯-物理區塊位址的轉換，這增加了硬碟的成本。
本發明提供一種主機裝置，其包括處理器以及介面。處理器根據存取操作中的一邏輯區塊位址來產生一物理區塊位址以及一固態硬碟識別碼。介面耦接處理器。處理器根據 固態硬碟識別碼，透過介面指示複數固態硬碟中的一個來存取物理區塊位址的資料。
本發明提供一種存取系統，其包括主機裝置與複數個固態硬碟。主機裝置包括處理器以及耦接處理器的介面。處理器根據存取操作中的一邏輯區塊位址來產生一物理區塊位址以及一固態硬碟識別碼。固態硬碟耦接介面。處理器根據固態硬碟識別碼，透過介面來將物理區塊位址傳送至固態硬碟中的一個。此固態硬碟存取物理區塊位址的資料。
本發明提供一種存取方法，包括以下步驟：由主機裝置的處理器根據存取操作中的一邏輯區塊位址來產生一物理區塊位址以及一固態硬碟識別碼；由處理器根據固態硬碟識別碼，透過介面來將物理區塊位址傳送至複數固態硬碟中的一個；以及由此固態硬碟存取物理區塊位址的資料。
1‧‧‧存取系統
10‧‧‧主機裝置
11_1…11_3‧‧‧固態硬碟
12、20、30‧‧‧獨立硬碟冗餘陣列
21_1…21_9‧‧‧固態硬碟
H1…H3‧‧‧水平列
V1…V3‧‧‧垂直行
100‧‧‧處理器
101‧‧‧儲存裝置
102‧‧‧介面
110‧‧‧控制器
111‧‧‧儲存陣列
210‧‧‧控制器
211‧‧‧儲存陣列
PBA‧‧‧物理區塊位址
第1圖表示根據本發明一實施例的存取系統。
第2圖表示根據本發明另一實施例的存取系統。
第3圖表示根據本發明又一實施例的存取系統。
為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
第1圖係表示根據本發明一實施例的記憶體的存取系統。參閱第1圖，存取系統1包括主機裝置10以及複數個固 態硬碟。主機裝置10包括處理器100、儲存裝置101、以及介面102。在此實施中，以3個固態硬碟11_1-11_3為例來說明。固態硬碟11_1-11_3形成一維的獨立硬碟冗餘陣列12(Redundant Array of Independent Disk，RAID)。每一固態硬碟包括控制器110與儲存陣列111。介面102耦接於處理器100與固態硬碟11_1-11_3之間，使得主機裝置10能透過介面102來對固態硬碟11_1-11_3進行控制與資料存取。在此實施例中，介面102可以是序列先進技術附件(Serial Advanced Technology Attachment，SATA)介面或者，也可以是快速週邊組件互連(Peripheral Component Interconnect Express，PCIe)介面。
當主機裝置10欲對獨立硬碟冗餘陣列12執行一存取操作以將資料寫入至對獨立硬碟冗餘陣列12或自對獨立硬碟冗餘陣列12讀取資料時，處理器100接收關於此存取操作的一邏輯區塊位址，或者處理器100產生關於此存取操作的一邏輯區塊位址。處理器100根據此邏輯區塊位址來產生用於資料儲存的至少一物理區塊位址PBA以及至少一固態硬碟識別碼。固態硬碟識別碼是用來指示出對應的物理區塊位址PBA是在哪一固態硬碟中。以下將以一物理區塊位址PBA以及一固態硬碟識別碼為例來說明。當處理器100所產生的固態硬碟識別碼例如是指固態硬碟11_1時，處理器100則根據固態硬碟識別碼，透過介面102來將對應的物理區塊位址PBA傳送至固態硬碟識別碼所指示的固態硬碟11_1。在固態硬碟11_1的控制器110接收到物理區塊位址PBA後，直接存取在儲存陣列111中物理區塊位址PBA上的資料。此外，處理器100也產生用於同位元資訊儲存 的一物理區塊位址PBA以及一固態硬碟識別碼。處理器100則根據用於同位元資訊儲存的固態硬碟識別碼，透過介面102來將對應的物理區塊位址PBA傳送至對應的固態硬碟，例如固態硬碟11_3。在固態硬碟11_3的控制器110接收到物理區塊位址PBA後，直接存取在儲存陣列111中物理區塊位址PBA上的同位元資訊。在此實施例中，儲存在固態硬碟11_3的同位元資訊是根據對應的資料所產生的。詳細來說，當主機裝置10對獨立硬碟冗餘陣列12執行一存取操作以將資料寫入至對獨立硬碟冗餘陣列12時，處理器100則根據即將被寫入的資料來產生對應的同位元資訊；當主機裝置10對獨立硬碟冗餘陣列12執行一存取操作以自對獨立硬碟冗餘陣列12讀取資料時，固態硬碟11_3中即將被讀取的同位元資訊則是在寫入對應的資料的當時由處理器100根據將該資料所產的。在此實施例中，由於固態硬碟11_1-11_3係形成一維的獨立硬碟冗餘陣列12，因此，同位元資訊僅包括水平同位元，即儲存在固態硬碟11_3中的水平同位元。
在一實施例中，主機裝置10的儲存裝置101儲存了一實體轉換資料表。此實體轉換資料表包括邏輯區塊位址、物理區塊位址PBA、以及固態硬碟識別碼彼此之間的關係資訊。如此一來，處理器100則可根據邏輯區塊位址來對實體轉換資料表進行查詢，以獲得對應的至少一物理區塊位址PBA以及對應的至少一固態硬碟識別碼。
在上述實施例中，係以處理器100根據邏輯區塊位址來產生一物理區塊位址PBA以及一固態硬碟識別碼為例來說 明。在其他實施例中，處理器100可能根據邏輯區塊位址來產生複數物理區塊位址PBA以及複數固態硬碟識別碼。一物理區塊位址PBA與一固態硬碟識別碼為一組，以指示一固態硬碟中的一特定位置。在此情況下，每一固態硬碟執行上述相同的操作來存取此特定位置上的資料。
根據上述可得知，每一固態硬碟的控制器110直接接收對應的物理區塊位址。因此，每一固態硬碟不需要用來進行邏輯-物理區塊位址轉換的各自的快閃轉換層(flash translation layer，FTL)以及不需要用來儲存實體轉換資料表的儲存空間，可減少存取系統的整體成本。尤其是，在上述實施例中，邏輯-物理區塊位址轉換的操作則是由主機裝置10來執行，其將邏輯區塊位址轉換為對應的至少一物理區塊位址後，直接將物理區塊位址傳送至對應的固態硬碟。
此外，在上述實施例的一維獨立硬碟冗餘陣列12架構下，其中一個固態硬碟(例如固態硬碟11_3)專用於同位元資訊儲存，而其他的固態硬碟(例如固態硬碟11_1與11_2)則專用於資料儲存而不儲存同位元。處理器100其可直接對專用的固態硬碟進行同位元的存取。當固態硬碟11_1與11_2其中一者損壞時，可以一新的固態硬碟來整個取代損壞的固態硬碟。之後，處理器100讀取剩餘的固態硬碟上的資料以及固態硬碟11_3上的同位元來回復原儲存於損壞的固態硬碟上的資料。
在第1圖的實施例中，存取系統1具有三個固態硬碟11_1-11_3，其形成一維的獨立硬碟冗餘陣列12。在其他實施例中，存取系統1具有更多的固態硬碟，其形成二維的獨立硬 碟冗餘陣列。以第2圖為例，存取系統1具有九個固態硬碟21_1-21_9，其配置在三個水平列H1-H3(第2圖的X軸方向)與三個垂直行V1-V3(第2圖的Y軸方向)上，以形成二維的獨立硬碟冗餘陣列20。在此實施例中，主機裝置10以及固態硬碟21_1-21_9的控制器210與儲存陣列211對於資料存取所執行的操作如同第1圖所述的操作，在此省略說明。需注意的是，在此實施例中，固態硬碟21_3、21_6-21_9是專用於儲存同位元資訊，而其他的固態硬碟21_1、21_2、21_4、21_5則專用於資料儲存而不儲存同位元。因此可得知，每一水平列H1/H2上具有一個專用於同位元資訊儲存的固態硬碟，且每一垂直行V1/V2上具有一個專用於同位元資訊儲存的固態硬碟。如此一來，在此實施例中二維的獨立硬碟冗餘陣列20所儲存的同位元資訊包括水平同位元與垂直同位元。對於儲存資料的固態硬碟21_1、21_2、21_4、21_5而言，每一者都對應兩個儲存同位元資訊的固態硬碟，也就是說，每一者所儲存的資料可使用兩個用於同位元資訊儲存的固態硬碟中的同位元來進行校驗或回復，藉此提高準確度。舉例來說，固態硬碟21_1所儲存的資料可使用固態硬碟21_3中的水平同位元以及固態硬碟21_7中的垂直同位元來進行校驗或回復。
在此實施例中，處理器100也根據被存取的資料來產生儲存於固態硬碟21_9的同位元，此同位元係用來校驗或回復儲存在固態硬碟21_3與21_6的水平同位元以及儲存在固態硬碟21_7與21_8的垂直平同位元。
在其他實施例中，存取系統1的固態硬碟其形成三 維的獨立硬碟冗餘陣列。以第3圖為例，存取系統1具有二十七個固態硬碟，其配置成三維的獨立硬碟冗餘陣列30，獨立硬碟冗餘陣列30係由三個二維的獨立硬碟冗餘陣列來配置成一個具有深度(第3圖的Z軸方向)的陣列。第3圖中每一獨立硬碟冗餘陣列20_1-20_3具有與第2圖的獨立硬碟冗餘陣列20相同的配置。在此實施例中，主機裝置以及固態硬碟對於資料存取所執行的操作如同第1、2圖所述的操作，在此省略說明。需注意的是，在此實施例中，由於固態硬碟配置成三維的獨立硬碟冗餘陣列30，處理器100所產生同位元資訊還包括深度同位元，其儲存在其中一個獨立硬碟冗餘陣列中用於同位元資訊儲存的固態硬碟。舉例來說，處理器100所產生的深度同位元儲存在獨立硬碟冗餘陣列20_1中的固態硬碟21_3、21_6-21_9。這些深度位元可用來校驗或回復其他獨立硬碟冗餘陣列20_2與20_3中相對位置的固態硬碟所儲存的同位元。例如，獨立硬碟冗餘陣列20_1中固態硬碟21_3所儲存的深度同位元是用來校驗或回復立硬碟冗餘陣列20_2/20_3中固態硬碟21_3所儲存的同位元。如此一來，與第2圖的實施例比較起來，在第3圖中的存取系統中，資料的校驗與回復的準確度又更加提升。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (24)

  1. 一種資料儲存裝置，包括：一處理器，根據一存取操作中的一邏輯區塊位址來產生一物理區塊位址以及一固態硬碟識別碼；以及一介面，耦接該處理器，其中，該處理器根據該固態硬碟識別碼，透過該介面指示複數固態硬碟中的一個來存取該物理區塊位址的一資料；其中，該等固態硬碟形成一獨立硬碟冗餘陣列(Redundant Array of Independent Disk，RAID)，且該獨立硬碟冗餘陣列儲存該資料、該資料所對應的一水平同位元以及一垂直同位元；以及其中，該等固態硬碟中的一第一固態硬碟專用於儲存該垂直同位元，該等固態硬碟中的一第二固態硬碟專用於儲存該資料。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之資料儲存裝置，其中，該介面為一序列先進技術附件(Serial Advanced Technology Attachment)介面或一快速週邊組件互連(Peripheral Component Interconnect Express，PCIe)介面。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之資料儲存裝置，其中，該獨立硬碟冗餘陣列中該等固態硬碟中的一個儲存該水平同位元。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之資料儲存裝置，其中，該處理器更依據該固態硬碟識別碼存取該資料以及該垂直同位元。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之資料儲存裝置，其中，該處理器根據該資料來產生該水平同位元以及該垂直同位元。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之資料儲存裝置，其中，該獨立硬碟冗餘陣列更儲存一深度同位元。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之資料儲存裝置，其中，該處理器根據該水平同位元或該垂直同位元來產生該深度同位元。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之資料儲存裝置，更包括：一儲存裝置，儲存一實體轉換資料表，其中，該實體轉換資料表包括該邏輯區塊位址、該物理區塊位址、以及該固態硬碟識別碼彼此之間的關係資訊。
  9. 一種存取系統，包括：一主機裝置，該主機裝置包括：一處理器，根據一存取操作中的一邏輯區塊位址來產生一物理區塊位址以及一固態硬碟識別碼；以及一介面，耦接該處理器；以及複數固態硬碟，耦接該介面；其中，該處理器根據該固態硬碟識別碼，透過該介面來將該物理區塊位址傳送至該等固態硬碟中的一個；以及其中，該等固態硬碟中的該一個存取該物理區塊位址的一資料；以及其中，該等固態硬碟形成一獨立硬碟冗餘陣列(Redundant Array of Independent Disk，RAID)，且該獨立硬碟冗餘陣列 儲存該資料、該資料所對應的一水平同位元以及一垂直同位元；以及其中，該等固態硬碟中的一第一固態硬碟專用於儲存該垂直同位元，該等固態硬碟中的一第二固態硬碟專用於儲存該資料。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之存取系統，其中，該介面為一序列先進技術附件(Serial Advanced Technology Attachment，SATA)介面或一快速週邊組件互連(Peripheral Component Interconnect Express，PCIe)介面。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之存取系統，其中，該獨立硬碟冗餘陣列中該等固態硬碟中的一個儲存該水平同位元。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之存取系統，其中，該處理器依據該固態硬碟識別碼存取該資料以及該垂直同位元。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之存取系統，其中，該處理器根據該資料來產生該水平同位元以及該垂直同位元。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之存取系統，其中，該獨立硬碟冗餘陣列更儲存一深度同位元。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之存取系統，其中，該處理器根據該水平同位元或該垂直同位元來產生該深度同位元。
  16. 如申請專利範圍第9項所述之存取系統，其中，該主機裝置更包括：一儲存裝置，儲存一實體轉換資料表，其中，該實體轉換資料表包括該邏輯區塊位址、該物理區塊位址、以及該固態硬碟識別碼彼此之間的關係資訊。
  17. 一種存取方法，包括：由一主機裝置的一處理器根據一存取操作中的一邏輯區塊位址來產生一物理區塊位址以及一固態硬碟識別碼；由該處理器根據該固態硬碟識別碼，透過一介面來將該物理區塊位址傳送至複數固態硬碟中的一個；以及由該等固態硬碟中的該一個存取該物理區塊位址的一資料；其中，該等固態硬碟形成一獨立硬碟冗餘陣列(Redundant Array of Independent Disk，RAID)，且該存取方法包括：將該資料、該資料所對應的一水平同位元以及一垂直同位元儲存至該獨立硬碟冗餘陣列；以及其中，該等固態硬碟中的一第一固態硬碟專用於儲存，該等固態硬碟中的一第二固態硬碟專用於儲存該資料。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之存取方法，其中，該介面為一序列先進技術附件(Serial Advanced Technology Attachment)介面或一快速週邊組件互連(Peripheral Component Interconnect Express，PCIe)介面。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之存取方法，其中，該獨立硬碟冗餘陣列中該等固態硬碟中的一個儲存該水平同位元。
  20. 如申請專利範圍第17項所述之存取方法，更包括，由該處理器依據該固態硬碟識別碼來存取該資料以及該垂直同位元。
  21. 如申請專利範圍第17項所述之存取方法，更包括： 由該處理器根據該資料來產生該水平同位元以及該垂直同位元。
  22. 如申請專利範圍第11項所述之存取方法，更包括：將一深度同位元儲存至該獨立硬碟冗餘陣列。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之存取方法，更包括：由該處理器根據該水平同位元或該垂直同位元來產生該深度同位元。
  24. 如申請專利範圍第17項所述之存取方法，更包括：儲存一實體轉換資料表，其中，該實體轉換資料表包括該邏輯區塊位址、該物理區塊位址、以及該固態硬碟識別碼彼此之間的關係資訊。
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