[发明专利]存储管理系统和方法

说明书

本申请主张2007年3月29日递交的序列号为60/920,737的美国临时 申请的权益，该临时申请通过引用结合在本申请中。

技术领域

本申请涉及计算机存储系统和使用所述系统的方法。

背景技术

计算机存储系统可以是永久或非永久类型中的任何一个。永久存储类 型的例子是磁芯、磁盘驱动器、磁带驱动器和半导体闪存。非永久存储类 型可以是诸如动态随机存储器(DRAM)之类的半导体存储。非永久存储 类型典型地对数据的读和写都具有快速存取时间且被用作计算机主存储器 或高速缓冲存储器。数据通过一种需要电力供应的方法被保留在这样的存 储器中，且如果电力中断，存储在那里的信息可能会丢失。非永久存储系 统通常具有后备电源，其可以是用于短时间电力中断的电容性存储设备， 或是使用电池、发电机之类的用于长期数据保留的后备电源。

永久存储设备，例如磁盘、磁带或闪存，即使电源被从设备上移除也 会保留存储的数据，且常常被用于备份非永久数据存储设备和实际上不能 提供持续电力的花费或可靠性的地方的长期数据存储。另外，因为更大量 的数据被存储在永久存储设备中，技术发展被导向降低每比特存储的成本 而不是存取速率。因此，许多计算系统使用多种存储类型来执行不同的功 能，在那里，即时需要的数据被存储在非永久存储器中，且可以被备份在 永久存储器中，而低频率存取的数据和大组数据被存储在永久存储器中。

可以称为数据中心的计算机数据库系统或诸如因特网的分布式数据系 统，以及与其关联的存储设备可以存储大量的数据。现今，这样的数据量 可能超过1000太字节(Terabyte，TB)，且预计会继续增长。很多这些数据 集充分大于用于即时存取的非永久存储器的容量，且在数据中心的服务器 在服务来自客户机的请求时的响应时间可能是在系统执行中的严重瓶颈。 这个限制很大程度上是永久存储介质的数据存取时间等待的结果。对于磁 带系统，线性磁带必须被转换以使将要被读或写的数据块在读头或写头处 定位。类似地，对于磁盘，该头必须被定位以跨越想要的数据扇区所处的 数据道，然后磁盘控制器等待直到扇区在定位的头的下面旋转。这些操作 中的任一个都充分慢于对非永久存储设备的读或写。在数据库中具有随机 单元的数据单个存储单元需要读、写或修改的地方，这样的局限尤其严重。

在对存储在存储器中的数据的请求以及对来自存储器的数据的检索之 间的时间可称为等待时间。在目前使用的永久存储技术中，闪存比诸如磁 盘之类的机械设备具有较低的等待时间，但比现有的非永久存储类型明显 具有更长的等待时间。闪存和类似固态技术的存储器的价格传统上遵循知 名的摩尔定律的原则，该定律表示，在18个月的周期内，设备容量通常倾 向于翻番，且价格减半。依此，在闪存内而非在例如磁盘内存储数据的成 本，预计很快会(与后者)达到相等。

由于具有比磁盘明显较低的等待时间，采取当前可用的存储模块的设 计和操作方法，闪存在存取时间上仍然有局限。闪存是一种通称，且多种 类型的固态设备可被视为是闪存。最初有一种电可擦除只读存储器 (EEPROM)，随后是其他发展，称为或非闪存(NOR-flash)、与非闪存 (NAND-flash)等等。所述每种技术具有不同的设计和结构以及关于数据 的读和写的不同特性。就是说，在可被读或写的数据块(例如数据字、页 或数据扇区)的最小尺寸上可能存在限制，或在读或写数据所需的时间上 存在差异。在许多例子中，读或写数据的时间是不确定的，可能在大范围 内变化。存储控制器或其他这类设备必须记录未解决的请求直到他们被实 现，这种要求使得数据等待时间成为变量，它可使整个系统慢下来，还会 增加硬件以及用于管理存储器的软件的复杂度。此外，闪存设备的生存期 被认为取决于耗尽机制，且是用读、写(当涉及闪存时也被称为“编程”)或 擦除周期来测定的。当闪存被使用时此中术语“写”用于表示“编程”的意思。

尽管对于各个单元或扇区，在生存期内周期的数目可能是个大的数目， 但通过计算可以显示，实践中以及在病态情况下，由快速设备构成的大容 量存储器的单独元件的生存期是足够短的，以致可能需要相当大的努力来 拉平存储器的磨损以及执行差错检测和修正、标记不良数据块等等。