CN104111894A - 提升多分区顺序读写性能的方法及其*** - Google Patents

Abstract

本发明适用于存储技术领域，提供了一种提升多分区顺序读写性能的方法及其***，所述方法包括：A、根据文件***分区协议，解析固态硬盘的主引导记录，并根据所述主引导记录建立所述固态硬盘的分区信息列表；B、根据所述分区信息列表对所述固态硬盘的主机端发送的命令进行分离和重组。借此，本发明提高垃圾块产生的机率以及固态硬盘多分区顺序读写的性能。

Description

提升多分区顺序读写性能的方法及其***

技术领域

本发明涉及存储技术领域，尤其涉及一种提升多分区顺序读写性能的方法及其***。

背景技术

当SSD(Solid State Disk，固态硬盘)被划分成多个分区后，这几个分区同时进行顺序读写，发现长时间运行后性能急剧下降。从数据流上分析，虽然各个分区都是顺序读写，但是当这些读写请求在SSD里汇合时，已经被认作是随机读写，随机程度取决于每个读写命令的大小。

如图1所示，目前，固态硬盘的固件在处理多分区读写请求时，只是简单的按照主机下发的命令顺序，依次进行处理。这样无论分区是顺序读写，还是随机读写，对于固件来说都是随机读写(其程度取决于单个读写命令的大小，单个读写命令越小，随机成分越高)。

随着时间的推移，分区数据在NAND(闪存)上的分布趋于离散，这样就降低了垃圾块的产生。当磁盘可用空间接近用完时，会导致大量的数据搬移以产生足够多的可回收的垃圾块，大幅提高写放大。而从主机端来看，性能急剧下降，顺序读写没有达到预期的性能。

因此，从NAND上分析，随着时间的推移，各个分区的数据越来越趋向离散分布，这样就导致了数据的频繁搬移，写放大变大，影响了使用寿命。

综上可知，现有的多分区顺序读写技术在实际使用上，显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

发明内容

针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种提升多分区顺序读写性能的方法及其***，由此提高垃圾块产生的机率以及固态硬盘多分区顺序读写的性能。

为了实现上述目的，本发明提供一种提升多分区顺序读写性能的方法，包括：

A、根据文件***分区协议，解析固态硬盘的主引导记录，并根据所述主引导记录建立所述固态硬盘的分区信息列表；

B、根据所述分区信息列表对所述固态硬盘的主机端发送的命令进行分离和重组。

根据所述的方法，所述方法还包括：

C、将所述命令按照所述固态硬盘的闪存的最大带宽进行下发。

根据所述的方法，在所述步骤B中，按照所述固态硬盘中的分区对所述固态硬盘的主机端发送的命令进行分离，并且将属于同一分区的所述命令在相同的逻辑块中进行重组。

根据所述的方法，在所述固态硬盘的分区多于4个时，所述步骤A还包括：根据所述文件***分区协议，解析所述固态硬盘的主引导记录和扩展分区记录，并根据所述主引导记录和扩展分区记录建立包括所述固态硬盘扩展分区的分区信息列表。

根据上述任一所述的方法，所述分区信息列表包括：每个所述分区的起始LBA和LBA个数；

所述命令包括所述主机端发起的顺序读命令或者顺序写命令。

为了实现本发明的另一发明目的，本发明还提供了一种提升多分区顺序读写性能的***，包括：

建立模块，用于根据文件***分区协议，解析固态硬盘的主引导记录，并根据所述主引导记录建立所述固态硬盘的分区信息列表；

分离重组模块，用于根据所述分区信息列表对所述固态硬盘的主机端发送的命令进行分离和重组。

根据所述的***，所述固态硬盘还包括：

传送模块，用于将所述命令按照所述固态硬盘的闪存的最大带宽进行下发。

根据所述的***，所述分离重组模块按照所述固态硬盘中的分区对所述固态硬盘的主机端发送的命令进行分离，并且将属于同一分区的所述命令在相同的逻辑块中进行重组。

根据所述的***，在所述固态硬盘的分区多于4个时，所述建立模块根据所述文件***分区协议，解析所述固态硬盘的主引导记录和扩展分区记录，并根据所述主引导记录和扩展分区记录建立包括所述固态硬盘扩展分区的分区信息列表。

根据上述任一所述的***，所述分区信息列表包括：每个所述分区的起始LBA和LBA个数；

所述命令包括所述主机端发起的顺序读命令或者顺序写命令。

本发明通过获取并分析磁盘的MBR和EBR信息，建立起分区信息表，包括每个分区的起始LBA和LBA个数。利用已建立的分区信息表，对主机端发起的多分区顺序读写命令进行分离。各分区间的命令分离出来，并依据特定的模式进行重组，以达到最大的带宽和数据在NAND上集中分布。因此，在本发明中通过采用分区分离和重组的技术方案，可以大大提高垃圾块产生的机率，同样是数据搬移，也大大减少了数量，降低了写放大，延长了SSD的寿命。

附图说明

图1是现有技术中的主机端命令流程示意图；

图2是本发明第一实施例提供的提升多分区顺序读写性能的***的结构示意图；

图3是本发明第二实施例提供的提升多分区顺序读写性能的***的结构示意图；

图4A是图4B～图11中数据块的标识示意图；

图4B是现有技术中顺序写入写命令1～6固态硬盘的闪存的变化示意图；

图5是现有技术中继续写入命令导致无可用逻辑块示意图；

图6是现有技术中搬移数据后再执行命令固态硬盘的闪存的变化示意图；

图7是现有技术中数据搬移及执行命令7～9后NAND上数据分布示意图；

图8是现有技术中执行命令7～9数据搬移后NAND上数据分布示意图；

图9是本发明实施例中顺序写入写命令1～6固态硬盘的闪存的变化示意图；

图10是本发明实施例中继续写入写命令7～9固态硬盘的闪存的变化示意图；

图11是本发明实施例中搬移数据后固态硬盘的闪存的变化示意图；

图12是本发明第四实施例提供的提升多分区顺序读写性能的方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图2，在本发明的第一实施例中，提供了一种提升多分区顺序读写性能的***100，包括：

建立模块10，用于根据文件***分区协议，解析固态硬盘的主引导记录，并根据所述主引导记录建立固态硬盘的分区信息列表；

分离重组模块20，用于根据所述分区信息列表对固态硬盘的主机端发送的命令进行分离和重组。

在该实施例中，建立模块10根据文件***分区协议解析固态硬盘的主引导记录，然后获得固态硬盘的分区信息列表，如表1所示。在该表1中，所述分区信息列表包括：每个所述分区的起始LBA和LBA个数。然后，分离重组模块20根据所述分区信息列表对所述固态硬盘的主机端发送的命令进行分离和重组，具体的将所述命令按照分区进行分离。例如，表1中包括了C\D两个分区，则将命令按照C、D区进行区分。然后再按照不同分区，将各分区的命令重组在一起。这样各个分区的数据将不会趋向离散分布，防止了数据的频繁搬移。其中，所述命令包括所述主机端发起的顺序读命令或者顺序写命令。

参见图3，在本发明的第二实施例中，提升多分区顺序读写性能的***100还包括：

传送模块30，用于将所述命令按照固态硬盘的闪存的最大带宽进行下发。

在本发明的第三实施例中，在固态硬盘的分区多于4个时，所述建立模块10根据所述文件***分区协议，解析所述固态硬盘的主引导记录和扩展分区记录，并根据所述主引导记录和扩展分区记录建立包括所述固态硬盘扩展分区的分区信息列表。

在该实施例中，如果固态硬盘的分区多于4个，则需要另外扩展分区，因此建立模块10将分析主引导记录以及如表2所示的扩展分区记录。然后，根据这两个记录，获得分区信息列表。如表2～表4，以DOS分区为例，MBR(MasterBoot Record，即硬盘的主引导记录)存在第一个LBA(Logical Block Address，逻辑区块地址)里，大小为512字节，000h～1BDh为引导代码，1BEh～1FDh为分区信息，每个分区信息用16个字节表示，通过分区协议，解析出磁盘MBR分区、扩展分区信息，计算出各个分区的起始LBA信息。可以从LBA0中解析出MBR，进而依次得到分区和扩展分区，从而建立分区信息表。其次，命令分离与重组。由于已经建立好分区信息，所以分离是很容易实现的。为了使分区数据在NAND上的分布相对集中并达到高带宽(简单描述下，假设SSD有4个CHANNEL，每个CHANNEL每次处理的数据量为8K，由于CHANNEL之间是独立的，可以并行处理，所以最大的带宽为4*8＝32K，现实中会更复杂，但原理都是看最大并行度)，分区之间可以参照CPU时间片轮转的模式，固定在某个CHANNEL上写，这样由于每个CHANNEL都有数据请求，第一满足最大并行度，第二分区数据集中在某个CHANNEL上。时间片轮转调度是一种最古老,最简单,最公平且使用最广的算法.每个进程被分配一个时间段,称作它的时间片,即该进程允许运行的时间。如果在时间片结束时进程还在运行，则CPU将被剥夺并分配给另一个进程。如果进程在时间片结束前阻塞或结束，则CPU当即进行切换。调度程序所要做的就是维护一张就绪进程列表，当进程用完它的时间片后，它被移到队列的末尾。

例如，如表1所示，SSD分为C和D两个分区，C区LPA(主机端单位为LBA，可以参照LPA：LBA转化成LPA)区间为64～85，D区LPA区间为86～101，NAND每个Block包含8个Page，1个Page大小为1个LPA，SSD有2个CHANNEL，NAND提供6个BLOCKS写数据，2个BLOCKS搬移数据。

命令号	分区	起始LPA	LPA个数
				1	C	64	8
2	D	86	8
				3	C	66	6
4	D	90	8
				5	C	64	12
6	D	90	6
				7	C	66	6
8	D	86	10
				9	C	64	8
10	D	96	6

表1

在本发明的一个实施例中，优选的，分离重组模块20按照所述固态硬盘中的分区对所述固态硬盘的主机端发送的命令进行分离，并且将属于同一分区的所述命令在相同的逻辑块中进行重组。即命令请求按照分区进行分离和重组，根据已建立的分区信息，分离出各分区的顺序读写命令，同时进行重组，保证最大的读写带宽和数据在NAND上分布相对集中。

在现有技术中，命令是顺序执行的。当执行完命令1～6，数据如图4B中所示，这时因为受NAND容量限制，只剩下BLOCK#7和BLOCK#8可供搬移数据，如果继续使用BLOCK#7和BLOCK#8，会造成无可用BLOCK，如图5。因此在执行后续命令，需要进行数据搬移以产生垃圾块，进而转化成空闲块，如图6，如此，BLOCK#1，BLOCK#2，BLOCK#3和BLOCK#4都成为垃圾块，经过擦除就可以重新使用，但是这样增加了数据块搬移的开销，即总共搬移了8个LPAs。当数据块在进行搬移时，SSD是不会执行主机端命令的，表现在性能上，就是带宽下降。并且，当执行完命令7～9后，NAND上数据分布如图7。同样，为了保证有足够的空闲块，必须做数据搬移，如图8所示。总共搬移了8个LPAs(LPA72、73、74、75、96、97、86和87)，得到空闲块BLOCK#5，BLOCK#6，BLOCK#7和BLOCK#8。

而在本发明的实施例中，若通过采用分离重组模块20按分区分离和重组，则提高了产生垃圾块的机率，减少数据搬移，如图9所示。BLOCK#1，和BLOCK#4自动成为垃圾块。继续执行命令，当执行完命令7～9后，NAND上数据分布如图10。类似的需要进行数据搬移，如图11所示，总共搬移了6个LPAs(LPA64、65、72、73、86和87)，得到空闲块BLOCK#3，BLOCK#5和BLOCK#6，加上自动生成的垃圾块BLOCK#2，也是4个空闲块。同时会发现搬移的数据要比现有集中，因为是这些数据如同一个分区，而现有技术中则是混合了两个分区。

在上述多个实施例中，提升多分区顺序读写性能的***100的多个模块可以是内置于固态硬盘的软件单元，硬件单元或软硬件结合单元。

参见图12，在本发明第四实施例提供的提升多分区顺序读写性能的方法，该方法采用上述多个实施例提供的提升多分区顺序读写性能的***100实现，描述如下：

步骤S1501中，建立模块10根据文件***分区协议，解析固态硬盘的主引导记录，并根据所述主引导记录建立所述固态硬盘的分区信息列表；

步骤S1502中，分离重组模块20根据所述分区信息列表对所述固态硬盘的主机端发送的命令进行分离和重组。

在该实施例中，建立模块10根据文件***分区协议，解析出磁MBR分区，建立分区信息；分离重组模块20根据已建立的分区信息，对主机端命令进行分离，并做一定的重组。这样大大提高块产生的机率，减少了数据的搬移，降低了写放大，因此提高了性能。

优选的，在所述步骤S1502中，按照所述固态硬盘中的分区对所述固态硬盘的主机端发送的命令进行分离，并且将属于同一分区的所述命令在相同的逻辑块中进行重组。

在本发明的第五实施例中，所述方法还包括：

传送模块30将所述命令按照所述固态硬盘的最大带宽进行下发。

在该实施例中，主机端命令经过建立模块10分区设别和分离重组模块20按照分区分离重组后，可以以适合SSD的最大带宽形式下发命令，并且由于已经分离成分区，所以使分区数据在NAND上的分布集中成为可能。并且分区重组后传送模块30按照NAND最大带宽为标准下发命令。当随着时间的推移，这一特性能大大提高垃圾块的产生，减少了数据的搬移，降低了写放大，同时也提升了性能。

在本发明的第六实施中，在所述固态硬盘的分区多于4个时，所述步骤S1501还包括：根据所述文件***分区协议，解析所述固态硬盘的主引导记录和扩展分区记录，并根据所述主引导记录和扩展分区记录建立包括所述固态硬盘扩展分区的分区信息列表。其中，如表1所示，所述分区信息列表包括：每个所述分区的起始LBA和LBA个数；所述命令包括所述主机端发起的顺序读命令或者顺序写命令。

在本发明的一个实施例中，建立模块10按照文件***协议，当计算机启动并完成自检后，首先会寻找磁盘的MBR(主引导记录)扇区并读取其中的引导记录，然后将***控制权交给它。而MBR包含了第一级分区的信息，如表2，以DOS分区为例，MBR存在第一个LBA里，大小为512字节，000h～1BDh为引导代码，1BEh～1FDh为分区信息，每个分区信息用16个字节表示，因此最多描述4个分区。如果***要超过4个分区，就需要建立扩展分区，扩展分区信息结构，如表3所示。扩展分区大小也为512字节，分区信息存放在1BEh～1DDh，每个分区信息仍以16个字节表示。分区表信息结构。如表1所示，只需要关心的是最后两部分信息：起始LBA和LBA个数。可见通过MBR和EBR中的分区表信息，则可以很容易建立起分区信息表，即只需读取MBR和EBR所在的LPA。分离重组模块20则利用已建立的分区信息表，对主机端发起的多分区顺序读写命令进行分离。各分区间的命令分离出来，并依据特定的模式进行重组，以达到最大的带宽和数据在NAND上集中分布。在明晰以上原因的基础上，针对多分区同时进行顺序读写，旨在通过分离和重组，使各分区的命令请求得到分离，因为各分区本身就是顺序读写，这样在NAND上存放也遵循顺序的原则，从而大大降低数据的搬移，降低了写放大，也就实现长时间运行性能保持稳定。另外，顺序读依赖于顺序写的方式，因此不再赘述。其中，表2是本发明实施例提供的固态硬盘的主引导记录结构；表3是本发明实施例提供的固态硬盘的扩展分区引导记录结构；表4是本发明实施例提供的固态硬盘的分区表结构；通过表2～表4用来表示当接收到用户分区数据时，如何解析并得到每个分区的信息。

标准MBR结构

表2

扩展分区的一般结构

表3

MBR或EBR16-字节分区结构

表4

综上所述，本发明通过获取并分析磁盘的MBR和EBR信息，建立起分区信息表，包括每个分区的起始LBA和LBA个数。利用已建立的分区信息表，对主机端发起的多分区顺序读写命令进行分离。各分区间的命令分离出来，并依据特定的模式进行重组，以达到最大的带宽和数据在NAND上集中分布。因此，在本发明中通过采用分区分离和重组的技术方案，可以大大提高垃圾块产生的机率，同样是数据搬移，也大大减少了数量，降低了写放大，延长了SSD的寿命。体现在性能上，则是提高了带宽。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种提升多分区顺序读写性能的方法，其特征在于，包括：

A、根据文件***分区协议，解析固态硬盘的主引导记录，并根据所述主引导记录建立所述固态硬盘的分区信息列表；

B、根据所述分区信息列表对所述固态硬盘的主机端发送的命令进行分离和重组。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

C、将所述命令按照所述固态硬盘的闪存的最大带宽进行下发。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤B中，按照所述固态硬盘中的分区对所述固态硬盘的主机端发送的命令进行分离，并且将属于同一分区的所述命令在相同的逻辑块中进行重组。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述固态硬盘的分区多于4个时，所述步骤A还包括：根据所述文件***分区协议，解析所述固态硬盘的主引导记录和扩展分区记录，并根据所述主引导记录和扩展分区记录建立包括所述固态硬盘扩展分区的分区信息列表。

5.根据权利要求1～4任一所述的方法，其特征在于，所述分区信息列表包括：每个所述分区的起始LBA和LBA个数；

所述命令包括所述主机端发起的顺序读命令或者顺序写命令。

6.一种提升多分区顺序读写性能的***，其特征在于，包括：

建立模块，用于根据文件***分区协议，解析固态硬盘的主引导记录，并根据所述主引导记录建立所述固态硬盘的分区信息列表；

分离重组模块，用于根据所述分区信息列表对所述固态硬盘的主机端发送的命令进行分离和重组。

7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述***还包括：

传送模块，用于将所述命令按照所述固态硬盘的闪存的最大带宽进行下发。

8.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述分离重组模块按照所述固态硬盘中的分区对所述固态硬盘的主机端发送的命令进行分离，并且将属于同一分区的所述命令在相同的逻辑块中进行重组。

9.根据权利要求6所述的***，其特征在于，在所述固态硬盘的分区多于4个时，所述建立模块根据所述文件***分区协议，解析所述固态硬盘的主引导记录和扩展分区记录，并根据所述主引导记录和扩展分区记录建立包括所述固态硬盘扩展分区的分区信息列表。

10.根据权利要求6～9任一所述的***，其特征在于，所述分区信息列表包括：每个所述分区的起始LBA和LBA个数；

所述命令包括所述主机端发起的顺序读命令或者顺序写命令。