[发明专利]一种在固态硬盘中重定向写入及垃圾回收的方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及基于固态硬盘的数据写入的方法。

背景技术

在传统的基于磁介质的的机械硬盘中，读写的机械操作速度成为了系统IOPS(Input/Output Operations Per Second，即每秒进行读写I/O操作的次数)的重大瓶颈。于是利用Flash(闪存)和DRAM的固态硬盘技术应运而生。固态硬盘具有速度快、能耗低、抗震动等优点。

传统磁盘的磁头可以针对每一个Byte(字节)的磁介质进行加磁或者消磁操作，所以传统磁盘的操作粒度是一个Byte。

Flash有着特殊的性质，如果要向某个Block(块)写入数据，必须先擦除(Erase)整个Block(块)为全1，然后才能向Block中写入新数据。即使仅仅为了修改一个页(page)或者一个字节(Byte)的信息也需要进行同样的操作。

为了使得改动后的Block中其他的数据不变，需要先将Block中的数据存入缓存中，然后根据需要改动缓存中的相应数据。然后将该Block进行Erase，然后再将缓存中的数据写入Block，完成整个数据的修改工作。

这种额外的Erase(擦除)操作大大增加了覆盖写的开销。

Flash的基础原理是采用浮动门场效应电路实现对电子的捕获，从而产生的充放电状态的不同来表示信息。随着FG(浮动门)充放电次数的增多(SLC，即Single Layer Cell单层单元为100,000次，MLC即Multi-Level Cell多层单元为10,000次)，二氧化硅绝缘层的绝缘能力将遭到损耗，最后逐渐失去绝缘性，无法保证FG中保有足够的电荷。此时，这个Cell(单元)就被宣判为损坏。

当一个Page中的Cell损坏数量超过ECC码(纠错码)可以检验和纠错的范围，该Page就视为坏页。

因此，业界迫切需要一种在flash固态硬盘中增加page和cell使用寿命的方法。

发明内容

本发明就是为了解决上述问题，克服现有技术中cell和page易损坏的缺陷，提供一种在固态硬盘中重定向写入及垃圾回收的方法。本发明的技术方案如下：

一种在固态硬盘中重定向写入及垃圾回收的方法，其特征在于，包括如下步骤：

601：在没有文件系统的存入指令时，根据主机时钟频率算法进行计算得到优化触发点，并执行优化程序；

602：在有文件系统的存入指令时，先将输入的数据存入缓存，然后对写入数据进行预处理与写入优化，再执行写入；

603：文件系统启动后，关键有效数据页记录从固态硬盘闪存芯片读取到缓冲区；

604：当固态硬盘中已经没有可用的自由空间时，重定向块地址表设置为空；

605：计算重写率，如果超过重写率的阈值，就在该块上进行写入；

606：将该块进行擦除，然后，再将缓存中的数据再次写入该块；

607：重新计算本块的使用率，并重新插入到使用率表中新的位置；

608：在接到文件系统发出的特殊清楚指令后，扫描整个固态硬盘，将那些文件系统垃圾所在的块找出来，进行擦除；

609：将擦除好的块地址放入重定向块地址表中，作为自由空间待用。

上述一种在固态硬盘中重定向写入及垃圾回收的方法，其中，还包含：重复执行该步骤601至609。

上述一种在固态硬盘中重定向写入及垃圾回收的方法，其中，所述重复执行是利用计算机的时钟周期作为触发的条件自动执行。

上述一种在固态硬盘中重定向写入及垃圾回收的方法，其中，所述重复执行是采用工具软件，用手动的方式执行。

上述一种在固态硬盘中重定向写入及垃圾回收的方法，其中，所述步骤606还包含将最佳可用块地址压栈。

本发明的有益效果是：对固态硬盘的数据写入进行优化，降低了重复写的过程，延长了整个固态硬盘的寿命。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明：

图1是固态硬盘中Page，Block和Flash的逻辑关系示意图；

图2是固态硬盘的结构和控制器及缓存的示意图；

图3是固态硬盘中Flash的Cell的结构示意图；

图4是本发明缓存中的重定向表的数据结构示意图；

图5是数据存储时重定向获取当前可用LBA的逻辑图；

图6是本发明在固态硬盘中重定向写入及垃圾回收的方法流程图。

具体实施方式