[发明专利]计算机子系统及在其中实现闪存转换层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于闪存存储器的基于需求的地址映射方案。特别是，涉及带缓存的基于需求的块地址映射方案，应用于大规模闪存存储系统以降低随机存取存储器RAM的规模。

背景技术

NAND闪存存储器广泛地应用于非易失、抗震动、低耗电的储存设备。类似其他储存媒介，闪存存储芯片的容量正在令人瞩目地提升而且大约每两年翻一倍。NAND闪存存储器容量的不断提升给用于闪存管理的块设备仿真软件的设计厂商提出了巨大的挑战。尤其是，必须在维持良好的系统响应时间的前提下控制主存储器（随机存取存储器）的成本。

图1描述了闪存储存系统的典型架构。在NAND闪存存储系统中，闪存转换层（FTL）130是建立在存储器技术设备（MTD）层140之上的块设备仿真层，该存储器技术设备层140能在闪存存储器150的闪存单元上做基础的读、写和擦除操作。闪存转换层130的主要作用是在文件系统120中的逻辑地址和闪存存储器150中对应的物理地址之间进行地址映射。

通常驻存于随机存取存储器中的地址映射表用于储存地址映射信息。随着在NAND闪存芯片中集成的物理页和块越来越多，随机存取存储器的需求出现强劲地增长以记录地址映射信息。举例来说，对于基于大块（2KB/页）的32GB的Micron NAND闪存存储器MT29F32G08CBABAWP，页闪存转换层的映射表大小为96MB，该映射表太大以至于无法存储于随机存取存储器中，尤其是对于低端闪存硬盘。

针对这一问题，块地址映射方案被提出并且广泛地用于NAND闪存储存系统。使用块到块地址映射的闪存转换层（FTL），相比于使用细粒度页映射的闪存转换层，能极大地减少地址映射表的大小。然而，随着闪存存储器容量的增加，需要容量较大的随机存取存储器来储存映射表。例如，上述的32GB Micron NAND闪存存储器，块地址映射表可占据1.13MB随机存取存储器空间。当NAND闪存存储器的容量增加时，问题变得更严重。本发明为解决上述问题，将一种基于需求的映射策略应用于大规模NAND闪存存储系统中。

本发明涉及一种基于需求的闪存转换层（demand-based flash translation layer，简称DFTL）。基于需求的闪存转换层的概念由Gupta，A.，Kim，Y.，和Urganokar，B.（2009）在“DFTL:a flash translation layer employing demand-based selective caching of page-level address mapping（DFTL：一种使用基于需求的页地址映射选择性缓存的闪存转换层）”一文中给出，参考2009年3月7日至11日第14届编程语言和操作系统的体系结构支持国际会议（the 14th International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems，简称ASPLOS’09）公报第229-240页，这个披露在此处引用作为参考。DFTL是第一个基于需求的页映射方案。基于需求的闪存转换层（DFTL）在特定的闪存页中储存地址映射表，而非按传统方式将页地址映射表存储在随机存取存储器中。在随机存取存储器中设置一缓存用于储存文件系统经常使用的地址映射。在随机存取存储器中永久地设置另一总转换目录（global translation directory，简称GTD），用于作为转换页的入口。因此，DFTL能有效地缩减随机存取存储器的规模。尽管如此，基于页地址映射方案的DFTL相比于基于块地址映射策略的DFTL，在缩减随机存取存储器的规模方面并不突出。而且，用于DFTL的页映射表仍然在闪存存储器中占用大量的空间。使用这种映射表，与通常需要非常小的地址映射表的块地址映射方案相比，不但在闪存存储器中占用额外的空间而且还引入了更多用于其维护的时间和耐久开销。

本领域需要一种在现有DFTL基础上改进的占用随机存取存储器空间较小的DFTL。

发明内容

本发明提供用于在包含闪存存储器和随机存取存储器的计算机子系统中实现闪存转换层（FTL）的第一方法和第二方法。其中，闪存存储器划分为复数个块，在每个块中包含多个页，且所述块使用物理块地址寻址。在任一块中的每个页通过物理页地址寻址。闪存存储器可以是NAND闪存存储器。