TWM520684U - 電腦系統及儲存裝置 - Google Patents

Description

電腦系統及儲存裝置

本創作係有關於儲存裝置，特別是有關於支援NVMe標準之特定資料寫入控制的電腦系統及儲存裝置。

快捷非揮發性記憶體(NVMe)標準的提出帶來電腦系統架構上的劇變，除了指令優化、減少CPU資源浪費等等，搭配上PCIe匯流排的物理(PHY層)傳輸，甚至帶來了更大的發揮空間，傳統SATA裝置必須對應到進階主機控制器介面(Advance Host Controller Interface，AHCI)，因此能做的事情相對變得有限。然而PCIe傳輸層係隸屬於PCI裝置，能與電腦系統其他周邊裝置直接溝通，例如進行記憶體傳輸、設定讀取或寫入動作、定義輸入輸出空間等等。然而，固態硬碟(solid-state disk)最大的缺點仍是價格太貴，因此硬碟(hark disk)的價格低廉及具有容量上的優勢，對於部分使用者來說仍是不可或缺的一環。

雖然固態硬碟(solid-state disk)已漸漸普及於消費者市場，但其價格仍是居高不下，因此如何有效利用磁碟空間變成是當今重要的課題。在傳統技術中，磁碟空間的使用量皆 由系統的檔案系統(File System)所管理，檔案系統係根據邏輯磁碟機的格式去指定空間進行資料儲存，如NTFS格式常用4KB為叢集單位，一個並非4KB的資料就會被寫進以4KB為叢集的空間(舉例，29KB的資料，寫進磁碟機實際上會佔用32KB)。然而，實際上現有的固態硬碟為了將寫入放大因子最佳化，冗餘的資料往往會被固態硬碟的控制器進行資料壓縮後再寫入，例如1MB全0或全1的資料，實際上寫入固態硬碟可能就只是做個記號，假設1MB寫入的邏輯位置為邏輯區塊位址(logical block address，LBA)0x101~0x900，實際上的實體位置可能只有被快閃記憶體轉譯層(Flash Translation Layer)對應到物理區塊位址(physical block address，PBA)0x501~0x502，然而傳統的檔案系統仍是將該筆資料的大小以邏輯區塊位址0x101~0x900做計算，也就是完整的1MB全部占用。

因此，需要一種電腦系統及儲存裝置以解決上述傳統檔案系統判斷使用多餘的儲存空間之間題。

本創作係提供一種電腦系統，包括：一處理器；一系統記憶體；以及一儲存裝置，包括：一非揮發性記憶體；以及一記憶體控制器，用以控制該非揮發性記憶體之存取，其中，當該記憶體控制器由該處理器接收一寫入指令以寫入具有一第一容量之一檔案時，該記憶體控制器係壓縮該檔案並以一第二容量將壓縮後之該檔案寫入該非揮發性記憶體，並回報該第二容量至該處理器，使得該處理器可依據該第二容量計算該 非揮發性記憶體之剩餘容量。

100‧‧‧電腦系統

110‧‧‧處理器

120‧‧‧系統記憶體

130‧‧‧儲存裝置

131‧‧‧記憶體控制器

132‧‧‧非揮發性記憶體

210‧‧‧作業系統/驅動程式層

220‧‧‧檔案系統

230‧‧‧儲存過濾驅動程式

240‧‧‧儲存驅動程式

250‧‧‧儲存韌體

310、320‧‧‧方塊

第1圖係顯示依據本創作一實施例中之電腦系統的方塊圖。

第2圖係顯示依據本創作一實施例中作業系統之過濾驅動程式與儲存裝置之韌體進行互動的示意圖。

第3A圖係顯示檔案系統寫入檔案至傳統的儲存裝置之檔案容量的示意圖。

第3B圖係顯示本創作一實施例中檔案系統寫入儲存裝置之檔案容量的示意圖。

為使本創作之上述目的、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圖係顯示依據本創作一實施例中之電腦系統的方塊圖。在一實施例中，電腦系統100係包括一處理器110、一系統記憶體120、一儲存裝置130。處理器110例如是一中央處理器(central processing unit，CPU)，且系統記憶體120例如是一動態隨機存取記憶體(DRAM)。儲存裝置130包括一記憶體控制器131、及一非揮發性記憶體132，其中非揮發性記憶體132例如是快閃記憶體(flash memory)或固態硬碟(solid-state disk)。

記憶體控制器131例如可支援快捷非揮發性記憶體(Non-volatile Memory Express，NVMe)標準或進階主機控制器介面(Advanced Host Controller Interface，AHCI)標準。NVME標準是一種改善傳統進階主機控制器介面的新型儲存裝置控制器，其能改善系統資源的使用，例如使用系統多核心下達指令、減下不必要的暫存器控制等等。

當處理器110欲寫入資料至儲存裝置130時，處理器110係將待寫入之資料由系統記憶體120透過匯流排(例如是SATA或PCI Express匯流排)傳輸至記憶體控制器131。記憶體控制器131則直接透過快閃記憶體轉譯層(flash translation layer)資料將資料先寫入非揮發性記憶體132(例如是固態硬碟)。

第2圖係顯示依據本創作一實施例中作業系統之過濾驅動程式與儲存裝置之韌體進行互動的示意圖。在一實施例中，處理器110係執行一作業系統，例如是作業系統/驅動程式層210，其中檔案系統220、儲存過濾驅動程式(storage filter driver)230、以及儲存驅動程式(storage driver)240均是運作於作業系統/驅動程式層210之中，其中儲存驅動程式240係支援NVMe或AHCI標準。當檔案系統220欲寫入資料至儲存裝置130時，檔案系統220係將欲寫入之資料先傳送至儲存過濾驅動程式230。此時，儲存過濾驅動程式230係將欲寫入之資料與廠商特定指令(vendor specific command)分別傳送至儲存驅動程式240。

儲存驅動程式240再將資料與廠商特定指令一同 傳送至儲存裝置130中之儲存韌體250，儲存韌體250則將資料寫入非揮發性記憶體132中。需注意的是，儲存韌體250將資料寫入非揮發性記憶體132後，儲存韌體250即可依據該廠商特定指令將所寫入的實際檔案資料容量往上回報至儲存驅動程式240。儲存驅動程式240再將儲存韌體250所回報的檔案資料容量透過儲存過濾驅動程式230以傳送至檔案系統220。因此，檔案系統220則可得到所寫入之資料在非揮發性記憶體132的實際檔案容量，並據以更新在其檔案內容之資訊。

第3A圖係顯示檔案系統寫入檔案至傳統的儲存裝置之檔案容量的示意圖。第3B圖係顯示本創作一實施例中檔案系統寫入儲存裝置之檔案容量的示意圖。請同時參考第2圖及第3A、3B圖，若使用了傳統的儲存裝置，一個PUISEnable2.sts之檔案的實際容量是248MB(260,495,228位元組)，其中該檔案之內容有很多填0的資料。當該檔案由檔案系統寫入傳統的儲存裝置時，傳統的儲存裝置並不會回報所寫入的實際容量。因此，檔案系統則是由寫入的邏輯區塊位址之容量大小來決定該檔案在儲存裝置130中的檔案容量大小，例如為248MB(260,497,408位元組)，如方塊310所示。因為固態硬碟在寫入檔案時是由4KB之叢集來計算，所以會比實際的檔案容量稍大。

本創作中的儲存裝置130的儲存韌體250則可回報所寫入之檔案在非揮發性記憶體132中的實際容量大小至檔案系統220，如第3B圖中的方塊320所示。因此，檔案系統220可正確地取得所寫入之檔案在非揮發性記憶體132中的實際容量 大小，並可正確地計算非揮發性記憶體132的剩餘容量。

簡單來說，固態硬碟的控制器均會對資料進行壓縮後才進行寫入動作，使用者並不需要另行使用壓縮軟體以在固態硬碟獲得更多的儲存空間。然而，傳統的儲存裝置因為無法回報所寫入之檔案在非揮發性記憶體中的實際大小，進而造成檔案系統錯誤地判斷非揮發性記憶體的剩餘空間。本創作之儲存裝置則可回報所寫入之檔案在非揮發性記憶體中的實際大小，使得檔案系統220可正確地計算非揮發性記憶體132的剩餘容量。

本創作雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本創作之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧電腦系統

110‧‧‧處理器

120‧‧‧系統記憶體

130‧‧‧儲存裝置

131‧‧‧記憶體控制器

132‧‧‧非揮發性記憶體

Claims (10)

1. 一種電腦系統，包括：一處理器；一系統記憶體，連接至該處理器；以及一儲存裝置，包括：一非揮發性記憶體；以及一記憶體控制器，用以控制該非揮發性記憶體之存取，其中，當該記憶體控制器由該處理器接收一寫入指令以從該系統記憶體寫入具有一第一容量之一檔案時，該記憶體控制器係壓縮該檔案並以一第二容量將壓縮後之該檔案寫入該非揮發性記憶體，並回報該第二容量至該處理器。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電腦系統，其中該儲存裝置係支援NVMe或ACHI標準。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電腦系統，其中該處理器係執行一檔案系統、一儲存過濾驅動程式、以及一儲存驅動程式，其中該檔案系統係將該檔案傳送至該儲存過濾驅動程式，且該儲存過濾驅動程式係將該檔案及一廠商特定指令分別傳送至該儲存驅動程式，其中，該儲存驅動程式係將該檔案及該廠商特定指令傳送至該記憶體控制器之一儲存韌體。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電腦系統，其中該儲存韌體係依據該廠商特定指令將壓縮後之該檔案寫入該非揮發性 記憶體之該第二容量回報至該檔案系統。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電腦系統，其中該記憶體控制器係依據壓縮後之該檔案在該非揮發性記憶體中所佔的實體區塊位址之大小以決定該第二容量。
6. 一種儲存裝置，包括：一非揮發性記憶體；以及一記憶體控制器，用以控制該非揮發性記憶體之存取，其中，當該記憶體控制器由一主機接收一寫入指令以寫入具有一第一容量之一檔案時，該記憶體控制器係壓縮該檔案並以一第二容量將壓縮後之該檔案寫入該非揮發性記憶體，並回報該第二容量至該處理器。
7. 如申請專利範圍第6項所述之儲存裝置，其中該儲存裝置係支援NVMe或ACHI標準。
8. 如申請專利範圍第6項所述之儲存裝置，其中該主機係執行一檔案系統、一儲存過濾驅動程式、以及一儲存驅動程式，其中該檔案系統係將該檔案傳送至該儲存過濾驅動程式，且該儲存過濾驅動程式係將該檔案及一廠商特定指令分別傳送至該儲存驅動程式，其中，該儲存驅動程式係將該檔案及該廠商特定指令傳送至該記憶體控制器之一儲存韌體。
9. 如申請專利範圍第8項所述之儲存裝置，其中該儲存韌體係依據該廠商特定指令將壓縮後之該檔案寫入該非揮發性記憶體之該第二容量回報至該檔案系統。
10. 如申請專利範圍第6項所述之儲存裝置，其中該記憶 體控制器係依據壓縮後之該檔案在該非揮發性記憶體中所佔的實體區塊位址之大小以決定該第二容量。