[发明专利]一种降低NVMe固态硬盘写放大的方法

说明书

技术领域

本发明涉及固态硬盘控制技术，特别涉及一种降低NVMe固态硬盘写放大的方法。

背景技术

现有技术中SSD按照主机下发的顺序，把数据依次写入到空闲的块block中。图1是同一个LPA复写引入的无效数据的过程示意图，例如主机写LPA1(LPA：Logic Page Address逻辑页地址)，此时SSD正在写block5的page1，则把主机数据写入到block5的page1中，并建立LPA1->block5的page1的映射关系，间隔一段时间后，主机又发起对LPA1的复写，此时SSD正在写block6的page2，则把新的主机数据写入到block6的page2，并废弃之前映射关系LPA1->block5的page1，建立新的映射关系LPA1->block6的page2，即block5的page1中的数据已无效。

图2是block存在大量无效数据示意图；以block0～block2为例，由于数据密集型的业务中，这种随机复写很频繁，所以最终大多数block上只有部分有效数据。Vaild表示数据有效,invalid表示数据无效。为了腾出空闲block存储新的主机数据，启动SSD内部的垃圾回收机制，图3是垃圾回收腾出空闲空间的示意图，把有效数据搬到(写到)新的block后，擦除没有有效数据的block，即腾出了空闲block,block0～block2内有效数据被搬到blockN后，block0～block2都需要被擦除，回收为空闲块，可以存储新的主机数据了，由于频繁的垃圾回收带来以下问题：

1.增加了写放大(write amplification)，因为同一笔主机数据在搬移block时被多次写入到Nand Flash。

2.垃圾回收期间降低了SSD的读写性能。

3.擦除次数过多，缩短了SSD寿命。

发明内容

针对以上缺陷，本发明目的是如何有效降低垃圾回收频率,达到降低写放大和提升SSD读写性能。

为了解决以上问题本发明提出了一种降低NVMe固态硬盘写放大的方法,其特征在于固态硬盘根据访问频率信息的大小划分为2个以上的数据冷热区间，将落入相同数据冷热区间的数据写入相同的块；所述访问频率信息Access Frequency由主机统计并写入NVMe协议中LBA区间的访问频率信息Access Frequency字段，固态硬盘接收到主机写命令时读取每个命令中携带的访问频率信息Access Frequency字段获得。

所述的降低NVMe固态硬盘写放大的方法,其特征在于设置一个冷热区间阀值，固态硬盘根据访问频率信息的大小划分为2个的数据冷热区间，访问频率信息大于等于冷热区间阀值时为热数据，访问频率信息小于等于冷热区间阀值时为冷数据。

所述的降低NVMe固态硬盘写放大的方法,其特征在于还设有一个超高频访问阀值，固态硬盘接收到写命令时，当访问频率信息大于超高频访问阀值，则将写命令携带的数据写入固态硬盘的缓存中的超高频数据区，暂时不写入固态硬盘的FLASH存储空间中，固态硬盘单独设置一个更长的后台将超高频数据区的数据更新到FLASH存储空间中的时间周期。

本发明的有益效果是：通过结合NVMe协议特性和Nand Flash存储介质特性，革新数据写入block的方式，新技术大大降低了垃圾回收机制的触发频率，即降低了SSD的写放大、提升了SSD的读写性能、延长了SSD寿命。

附图说明

图1是同一个LPA复写引入的无效数据的过程示意图；

图2是block存在大量无效数据示意图；

图3是垃圾回收腾出空闲空间的示意图；

图4将数据按冷热区分写入不同块的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

垃圾回收机制频繁启动的原因在于，block上的某些数据被主机频繁复写，有些数据没有被复写，导致大多数block上只有部分有效数据。