[发明专利]一种固态存储系统的写入、读取及垃圾收集方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及固态存储系统领域，尤其是涉及一种具有在线重复数据删除功能的固态存储系统的写入、读取及垃圾收集方法。

背景技术

固态存储系统（Solid State Disk，SSD）是使用固态存储介质且具备硬盘使用界面的存储设备。现有的SSD一般使用NANDFlash作为存储介质。由于NAND Flash具有有限的编程/擦除次数（例如，25nm多层单元闪存（MLC NAND Flash）一般具有3000次编程/擦除寿命），因此如何降低SSD中NAND Flash的损耗是提高SSD使用寿命和可靠性的重要技术课题。

重复数据删除（Data Deduplication）是在存储技术领域应用很广泛的一种降低数据量的技术。其原理是：对于每笔写入存储系统中的数据A，按照文件或固定大小的块（chunk）为单位，计算该数据A的唯一特征值（也可称为该数据A的“指纹”）f。根据该特征值f，去重（dedup）系统会查询存储系统中是否有与该特征值相同的数据块。如果查询到相同的数据块，假设为数据B，则dedup系统就不会将这笔新的数据A实际写入系统，而是用一个指向数据B的指针代替数据A的实际存储地址。因此，当下一次需要访问数据A时，就根据指向数据B的地址，从数据B中获得数据。根据dedup的机制，由于数据B和数据A具有相同的特征值f，因此也具有相同的数据内容（这是因为数据的内容和数据的特征值是一一对应的）。这样，如果有很多内容相同的数据需要存储，那么具有dedup功能的存储系统只需要存储一份实际的数据，而其他相同的数据就只需用指针来指向该份实际存储的数据的地址就可以了。而对于没有dedup功能的存储系统，则每一份相同内容的数据仍然会占据一块存储空间。

对于很多应用场景，例如服务器数据的定期备份，个人资料的定期备份等，具有dedup功能的存储系统可以大大降低对存储容量的要求。事实上，各大先进存储系统厂商的存储备份系统均具备dedup功能，其实际使用表明，最大能够带来10～20倍的容量节约。

重复数据删除可以分为off-line（离线）重复数据删除和in-line（在线）重复数据删除。其中，所谓off-line,是指在激活去重功能时，该存储系统不能接受用户写入数据，即存储系统必须在离线（不对用户提供服务）的情况下进行数据去重；而所谓in-line，是指数据去重功能可以在用户向存储系统写入数据的同时，并行的进行数据去重。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有在线重复数据删除功能的固态存储系统的写入方法，该固态存储系统包括地址映射表、指纹映射表和有效页计数表，该写入方法包括步骤：固态存储系统接收到写入逻辑页的请求；计算该逻辑页的数据的特征值；判断该逻辑页的数据的特征值是否存在于指纹映射表中；若该逻辑页的数据的特征值存在于指纹映射表中，将地址映射表中的该逻辑页地址映射的地址记为指纹映射表中的该逻辑页的数据的特征值对应的物理页地址；将有效页计数表中对应的物理页地址的有效页计数加1。

此外，该写入方法还包括步骤：若该逻辑页的数据的特征值未存在于指纹映射表中，则分配一个新的物理页，在该新的物理页中写入该逻辑页的数据，更新地址映射表并将有效页计数表中对应的新的物理页地址的有效页计数记为1；在指纹映射表中，以该逻辑页的数据的特征值创建新的映射，将该逻辑页的数据的特征值映射到该逻辑页的数据所写入到的新的物理页地址。

此外，在有效页计数表中，有效页计数是物理页中包含的有效的逻辑页的个数。

此外，在步骤“固态存储系统接收到写入逻辑页的请求”中，如果检测到发生覆盖写，则需要先查询地址映射表中该逻辑页地址对应的物理页地址，并在有效页计数表中将对应的物理页地址的有效页计数减1。

本发明的另一目的还在于提供一种与上述对应的固态存储系统的读取方法，该读取方法包括步骤：固态存储系统接收到读取逻辑页的请求；判断逻辑页地址在地址映射表中是否映射到有效的物理页地址；若该逻辑页地址在地址映射表中映射到有效的物理页地址，从该逻辑页地址映射的物理页地址中读取该逻辑页对应的数据。

此外，所述读取方法还包括步骤：若该逻辑页地址在地址映射表中没有映射到任何一个有效的物理页地址，则返回“无该逻辑页对应的数据”。