[发明专利]固态存储驱动器阵列中的工作负荷自适应超额配置

说明书

本发明涉及固态存储驱动器阵列中的工作负荷自适应超额配置。在一个实施例中，一种用于管理固态存储驱动器阵列中的超额配置的方法包括：从多个固态存储驱动器中的每一个接收使用数据；至少基于使用数据确定多个固态存储驱动器中的每一个的预测使用寿命值；将预测使用寿命值中的每一者与每个相应的固态存储驱动器的预定使用寿命值进行比较；以及基于比较步骤的结果，动态地调整多个固态存储驱动器中的至少一个的可用逻辑存储容量。在一个实施例中，动态地调整多个固态存储驱动器中的至少一个的可用逻辑存储容量包括：基于该固态存储驱动器的预测使用寿命值大于该固态存储驱动器的预定使用寿命值的结果，增加该固态存储驱动器的可用逻辑容量。

技术领域

本发明一般地涉及固态存储驱动器，更具体地涉及固态存储驱动器阵列中的工作负荷自适应超额配置(overprovisioning)。

背景技术

固态存储驱动器(SSD)通常提供小于总可用物理存储器容量的逻辑地址空间。存储容量的这种超额配置(“OP”)主要有两个原因：首先，确保具有足够的物理存储器资源来存储尚未通过垃圾收集而被回收的无效数据。其次，由于物理闪存单元(flash cell)只能容忍有限数量的编程/擦除周期，因此在另外的物理介质上分配程序(写入)允许为驱动器指定的写耐力(write endurance)超过基础介质(underlying media)的写耐力。除了这些主要功能之外，超额配置的物理存储器容量可被用于存储元数据和纠错编码数据，并允许驱动器在出现存储器故障(坏块和/或坏管芯(die))的情况下保持完整的逻辑容量。给定SSD中的超额配置量可根据SSD的应用而变化，从适用于消费者应用(例如，针对1TB SSD，64GB)的单数位百分比到适用于企业应用(例如，针对1TB SSD，224GB)的明显更高的百分比，例如25％或更高。

SSD针对驱动器的逻辑容量的特定写入次数而被定额。该“写耐力”通常被表示为使用寿命(时间)乘以写入强度(一段时间内的写入数据量)。写入强度通常根据“每日的驱动器写入”(N-DWPD)来指定，这是在不出现故障的情况下，SSD的整个逻辑容量在其可用寿命的每天可被覆写的次数。特定产品线内的可用写耐力额定值的数量可能是有限的。例如，给定的产品线可以针对5年的使用寿命提供被额定为1-、3-或5-DWPD，或者1-、3-、或10-DWPD的SSD。

SSD中的OP量与其额定写耐力成指数关联，因此，额定为10-DWPD的SSD将具有比额定为1-DWPD的SSD明显更高的OP百分比。此外，在SSD中实现的OP百分比通常在驱动器的使用寿命期间假设驱动器的最坏情况使用(最高写入次数、最高温度操作等等)。

来自主机的数据写入次数和写入放大率影响SSD的磨损率。写入放大率是指必须被写入到物理介质的实际数据量超过从主机接收的逻辑数据量的因数。NAND闪存单元可能不被覆写，但在接受新数据之前必须首先被擦除。写入放大率的出现是因为在NAND闪存中，可被擦除的最小数据单位远大于可被写入的最小大小。因此，当主机在特定逻辑地址处覆写数据时，SSD将新数据存储在新的物理地址处，并将先前与该逻辑地址对应的数据标记为旧的或“无效的”。擦除以被称为块的单位执行。当选择准备要被擦除的块以接收新的主机数据时，可以忽略任何无效数据，但必须合并该块中的有效数据并将其移到其它位置。与该数据移动关联的写入是形成写入放大率的基础机制。写入放大率通常被表示为被写入到SSD的物理存储器位置的字节数与被写入到SSD中的逻辑存储器位置的字节数(即，主机写入次数)的比率。通常，小块数据的随机写入比大块数据的顺序写入产生更大的写入放大率，而且SSD的逻辑容量越满，其写入放大率越高。因此，写入放大因数很难估计，因为它取决于SSD的未来使用。

希望购买SSD的顾客必须估计其写入通信量(traffic)，但是准确地估计写入通信量通常是困难的，对于在为大量和各种最终用户应用提供数据存储的数据中心中使用的SSD和基于SSD的网络设备的购买者来说尤其困难，这些最终用户应用的通信量模式是不可预测的。顾客通常会谨慎选择，因此，通常可能购买具有比实际需要的更高的DWPD额定值和因此更高的OP的SSD。因此，存在对基于SSD的实际工作负荷来实现SSD的最佳超额配置的需求。