[发明专利]一种固态硬盘及其存取方法

说明书

技术领域

本发明涉及数据存储领域，具体地，涉及一种存储器及其存取方法。

背景技术

基于NAND闪存(Flash Memory)的固态硬盘(SSD)业已成为遍及消费电子领域到高端企业级系统等多种不同应用的存储解决方案。其原因在于相比于传统的硬盘，SSD具有访问速度快，功耗低，可靠性高，抗震性好，尺寸小，非易失等优点。此外，每字节闪存的价格也在逐渐降低，这意味着硬盘在不久的将来很可能被SSD所取代。

为了将闪存芯片封装成固态硬盘，需要在SSD中增加一个介于文件系统和闪存芯片之间的软件或固件实现的闪存转换层(Flash Translation Layer，FTL)。其原因在于：闪存的读写以页(例如，2-4K字节)为单位，而且，写操作通常比读操作慢一个数量级。同时，由于闪存不允许覆盖写，因此写操作之前必须先进行擦除操作。擦除操作以块(例如，64-128个页)为粒度，因此与写操作相比更加耗时。这些固有特性极大地降低了闪存的写带宽。另外，闪存的寿命也受限于擦除操作的次数，通常每个闪存块只能进行1万～1百万次擦除。FTL主要用于将来自于文件系统的写请求重定向到处于擦除状态的闪存区更新块，从而弱化“写前擦除”条件的限制。另外，FTL还可以完成逻辑地址到物理地址的映射，垃圾回收等功能。

尽管现有的很多FTL算法可以一定程度上减少写操作导致的擦除操作的次数，提高SSD的性能。但是这些方案大多无法减少写入SSD的数据总量，并且当没有处于擦除状态的空闲块可以重定向某个覆盖写(Overwrite)操作时，就必须进行擦除操作。

为了减少每次实际写入和读出闪存固态盘的数据量，现有技术中也存在一些带有数据压缩功能的FTL，例如2010年8月17日提交的、申请号为201010254409.8的、名称为“带有数据压缩功能的闪存转换层及实现方法”的中国专利申请公开了一种带有数据压缩功能的闪存转换层及实现方法。其中的FTL主要由压缩器、解压器、缓冲区、地址映射管理模块、垃圾回收模块和损耗均衡模块组成。当对闪存进行写操作时，首先将数据写入缓冲区，当缓冲区满后再写入对应的数据页中，这减少了每次实际写入和读出闪存固态盘的数据量，从而提高闪存固态盘的整体读写性能。但是，该申请中需要对传统的映射表结构进行扩展，以标识数据在闪存中的存储位置、以及数据在缓冲区的起始位置和长度等，这样增加了复杂的数据结构，相应地增加了数据读写过程的复杂度，而且其地址映射方案只能采用页级映射方式。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种固态硬盘和其存取方法，在保证数据读写过程开销低的前提下，提高闪存的写操作的带宽，减少对闪存进行擦除操作的次数。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种固态硬盘，该固态硬盘包括闪存转换层和闪存，所述闪存的物理页包括数据区和后备区，所述闪存转换层包括压缩器和解压器，所述压缩器用于将文件系统发送来的数据压缩后写入闪存，并且将与压缩数据相关的信息保存在所写入的闪存物理页的后备区中；所述解压器用于根据闪存物理页的后备区中所保存的与压缩数据相关的信息从闪存中读出的数据，并对其进行解压后返回给文件系统，所述与压缩数据相关的信息包括是否是压缩的数据、是否需要跨页存储、物理页内有效数据的长度以及跨页存储时下一物理页的页号。

上述固态硬盘中，所述闪存的物理页的数据区大小可以为256字节。

上述固态硬盘中，所述物理页的后备区可以保存下列与压缩数据相关的信息：

·FLAG：占用2个比特位，其中一个比特位代表压缩或未压缩，另一个比特位表示压缩数据使用1页或需要跨页；

·EPPN：若压缩数据需要跨页，则该字段EPPN用来指示下一物理页的页号；

·LEN：记录该物理页内有效数据的长度。

上述固态硬盘中，所述闪存转换层还包括映射表，所述映射表可以采用混合映射机制。

上述固态硬盘中，所述压缩器可以将小于一个物理页大小的压缩数据写入一个物理页中并将与该压缩数据相关的信息保存在该物理页的后备区中。

上述固态硬盘中，所述压缩器在压缩数据超过一个物理页大小时，可以将压缩数据中前面的相当于一个物理页大小的部分写入一个物理页中，并设置该物理页后备区中的FLAG、EPPN、LEN字段，所述EPPN字段指示下一物理页的页号，然后，将该压缩数据的剩余部分写入到所述EPPN指示的物理页中并设置该物理页后备区中的FLAG、EPPN、LEN字段。