[发明专利]一种固态盘的闪存转换层的实现方法

说明书

技术领域

本发明属于固态盘存储技术领域，更具体地，涉及一种固态盘的闪存转换层的实现方法。

背景技术

近年来，闪存（Flash）技术引领存储领域新的变革。凭借着其体积小、速度快、功耗低、无噪声抗震动等许多优点已经在渐渐取代传统的机械硬盘。

和传统硬盘完全不同，如图1所示，现有技术中的闪存芯片（FlashChip）101由多个块（Block）102组成，一个块102由多个页（Page）103组成，通常为64个，而一个页103中分为两个区域，分别为数据区104（DataArea）和OOB区（Out-of Band area）105组成。一般一个页103中数据区为512B，OOB则为16B。其中OOB的主要功能是记录海明校验码、逻辑页码和当前页面的状态，即空闲/有效/无效（Free/Valid/Invalid）。

正是基于闪存自身的这种结构特点，其也有其不利的一面，主要表现在四个方面：1、读写的时候要以页为单位，不能以数据为单位；2、写之前要以Block为单位进行擦除，即不能够覆盖写（Over-write），当一个数据需要修改时，不能像磁盘那样直接原地修改，而需要将该数据块擦除后再重新写入数据；3、Block的擦除次数是有限的，即闪存的寿命有限。因此闪存不能像机械磁盘储存器一样被传统文件系统直接使用。

为了充分利用传统磁盘领域积累的技术和产品，各大厂商都将一个或多个闪存芯片组合封装成一个类似磁盘的固态盘（Solid State Drive，简称SSD），为上层应用提供和传统磁盘一样的接口，而不需要修改文件系统和应用。因此，需要一个闪存转换层（Flash translation layer，简称FTL）将固态盘模拟成标准的块设备以屏蔽其特性，使得上层文件系统在使用它的时候就像在使用一个普通的磁盘存储器。

如图2所示，现有技术的固态盘系统从上到下包括文件系统（以扇区为单位）、FTL、闪存驱动和闪存芯片，其中FTL又包括三大块，地址映射即将上层文件系统以扇区为单位的逻辑地址转换成固态盘的物理地址，这是FTL中最主要的部分，垃圾回收和磨损均衡实现各闪存在磨损均衡的情况下对失效的闪存块进行回收。

在现有的FTL中，虽然能够对上层系统屏蔽其写前需要擦除的特性，但是还是存在明显的不足之处：1、里面的缓存调度算法没有很好地结合固态盘的读写特性；例如，现在比较常用的页级映射FTL在调入映射关系到缓存中使用的传统文件系统中常用的LRU算法，即每次只调入一条映射关系，但是固态盘是以页为读写单位，调入一条映射关系需要读整个映射页面，调出更新一条映射关系需要写整个映射页面。说明这种缓存管理机制不适用于固态盘；2、现有的FTL中的缓存调度利用的是数据的空间局部性，而对顺序局部性的利用尚不成熟。在实际存储系统中可能会有多层缓存，而固态盘的缓存处于最底层。系统的I/O请求经过上层各级缓存的过滤后到达固态盘的缓存时，几乎已经没有空间局部性。因此现有的FTL的调出算法运用在固态盘上命中率并不理想。而固态盘缓存不命中开销非常大（如果需要更新映射，不命中开销包括两次读操作和一次写操作），严重缩减硬盘的寿命。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种固态盘的闪存转换层的实现方法，其读写效率更高，更加适合于固态盘，并通过多表向前调度和批量更新有效提高缓存命中率和减少闪存的更新次数，进而提高系统的性能，延长固态盘的寿命。

为实现上述目的，本发明提供了一种固态盘的闪存转换层的实现方法，包括以下步骤：

（1）接收文件系统发出的读写请求，该读写请求对应于逻辑地址为K的页面，其中K为正整数；

（2）判断逻辑地址K是否在缓存映射表中命中，如果是则进入步骤（13），否则进入步骤（3）；

（3）判断缓存映射表中是否能够再容得下一次调入缓存映射表的映射关系数目n，如果能够容得下，则转步骤（11），否则转步骤（4）；

（4）在缓存映射表中找出一个最近最少使用的一个映射关系的逻辑页号Victim_Num；

（5）在缓存映射表中找出和Victim_Num的映射关系在映射表中存储在同一页中的所有逻辑页号，并从这些逻辑页号对应的映射关系中找出n个最近最少使用的映射关系；