[发明专利]用于非易失性存储器的存储器高效持续键值储存

说明书

本公开的方面提供了用于固态装置(SSD)的存储器高效持续键值储存。该方法和设备提供了非易失性存储器(NVM)和键值储存(KVS)处理器。非易失性存储器(NVM)配置为储存键值数据结构。KVS处理器配置为从主机接收键值储存(KVS)命令。KVS处理器还配置为基于接收的KVS命令对键值数据结构进行键值储存(KVS)操作。进行键值储存(KVS)操作可以包括使用索引结构来基于接收的KVS命令处理键值数据结构。KVS处理器还配置为基于KVS操作将响应提供给主机。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年6月13日提交的代理人案卷号No.SDA-3265P-US(WDT-1209P)的标题为“MEMORY EFFICIENT PERSISTENT KEY-VALUE STORE FOR NON-VOLATILEMEMORIES”的美国临时申请No.62/519,094的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及非易失性存储器，并且更具体地，涉及用于非易失性存储器的存储器高效持续键值储存。

背景技术

键值储存(Key-value store，KVS)通常用于各种大规模数据密集型的数据库应用中。由于其高可扩展性和简单性，这些数据库应用对大数据集(dataset)具有随机存取，并且选择键值储存而不是常规的关系型数据库(relational database)。已经对基于闪存的KVS完成了若干研究工作，以利用闪存特性来提高性能并减少主机的主存储器的使用。这些KVS工作在闪存中保存键值(KV)对并且在主存储器(例如，动态随机存取存储器或DRAM)中保存索引结构(或每KV对的元数据)，以支持快速插入、删除和查找操作。然而，随着数字数据量每两年翻一倍并且于2020年接近44泽字节(44万亿千兆字节)，KVS的性能仍然受限于大输入/输出(I/O)开销(闪存大约比DRAM慢100倍)和主存储器大小。

与快速增长的键值(KV)数据集相比，由于DRAM容量增长相对缓慢，主存储器大小在可扩展性和性能上带来具有挑战性的问题。已经观察到，由于对不同KV工作负载的增加的I/O开销(由于散列列表冲突导致的储存中链接列表遍历)所导致的超过10至250倍的减速。

新兴的快速字节可寻址非易失性存储器(eNVM)技术(诸如ReRAM和3D Xpoint)预计将提供比闪存高两个数量级的性能。然而，现有的固态装置(SSD)架构对闪存特性进行了优化，并且由于架构和I/O接口(例如，PCIe、SATA)限制而不足以充分利用eNVM的全部潜力。

为了改善储存性能并降低KVS的主机主存储器需求，提出了一种改善的SSD架构，其在处理大规模键值数据集时提供了更好的性能。

发明内容

根据一个方面，公开了包括非易失性存储器(NVM)和键值储存(KVS)处理器的固态装置(SSD)。非易失性存储器(NVM)配置为储存键值数据结构。KVS处理器配置为从主机接收键值储存(KVS)命令。KVS处理器还配置为基于接收的KVS命令对键值数据结构进行键值储存(KVS)操作。进行键值储存(KVS)操作可以包括使用索引结构来基于接收的KVS命令处理键值数据结构。KVS处理器还配置为基于KVS操作将响应提供给主机。

根据另一个方面，公开了一种用于操作固态装置(SSD)的方法。该方法在SSD的非易失性存储器(NVM)处储存键值数据结构。该方法从主机接收键值储存(KVS)命令。该方法在SSD处基于接收的KVS命令识别索引结构的条目。该方法基于识别的条目从键值数据结构识别键值数据的组。该方法在SSD处基于接收的KVS命令处理来自键值数据的识别的组的一个或多个键值数据。该方法基于对一个或多个键值数据的处理来将响应提供给主机。