CN106557273A - 固态硬盘的数据管理方法、写入管理***及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭露一种固态硬盘的数据管理方法、写入管理***及其方法，此写入管理方法包含以下步骤。传送多个写入指令至一固件以写入至少一数据至固态硬盘，每一写入指令包含逻辑区块地址以及扇区计数值。由固件依序储存每一写入指令的逻辑区块地址以及扇区计数值。利用一应用程序依序读取逻辑区块地址以及扇区计数值。根据逻辑区块地址及扇区计数值以决定一循序写入比例。由应用程序根据循序写入比例以更新固件成第一固件。本发明的固态硬盘的写入管理方法及其***的确可根据固态硬盘的写入模式以产生一相对应的固件，并通过更新此固件以延长固态硬盘的寿命以及增加固态硬盘的存取效益。
Description
技术领域
本发明关于一种固态硬盘的数据管理方法、写入管理***及其方法，特别是有关于一种能根据固态硬盘的写入行为，而进一步管理所写入的数据以及更新其固件的写入管理***及其方法。
背景技术
固态硬盘(Solid-State Drive，简称SSD)是一种以非易失性内存内存作为永久性内存的计算机储存装置。非易失性内存的数据访问速度介于易失性内存和传统硬盘之间。和易失性内存相比，非易失性内存一经写入数据，就不需要外界电力来维持其记忆。因此更适于作为传统硬盘的替代品。而闪存当中的NAND Flash则是最常见的非易失性内存。厂商只需使用闪存，再配合适当的控制芯片，便可以制造出固态硬盘。
一个NAND Flash内存芯片是由数个区块(block)组成，而每一个区块是由数个页(page)所组成，一个页包含了用户区域(User area)以及空间区域(Space)，前者负责储存写入数据，后者存放对映信息(Mapping information)以及错误更正码(Error Correcting Code)。值得一提的是，闪存的写入基本单位是一个页，而其抹除动作则是一个区块为单位，而闪存中每一个区块所能抹除的次数均有其上限值。
而由于固态硬盘在物理特性上不同于传统硬盘，故固态硬盘利用了一层FTL(Flash Translation Layer)来将其仿真成传统硬盘，由于NAND Flash内存无法在同一地址进行In-Place update，因此FTL会将重复更新的数据写入至其他地址存放，并且使用对映表(Mapping table)来将更新后的地址记录起来。当所有区块都被写过而没有额外空间可以写入时，FTL会呼叫GarbageCollection(GC)动作来清除无效的分页，回收空间以供其他数据写入。另外FTL还会提供平均磨损处理，延长闪存的使用生命周期，以及进行数据的错误校正，来验证写入数据的正确性。
一般而言，FTL可以分为高解析对映(High-resolution mapping)、低解析对映(Low-resolution mapping)以及混合对映(Hybrid mapping)，第一者采用较小的对应单位来进行地址转换，如Page-Level mapping，具有优异的随机写入速度，但需要一个分页表来记录每个页的对应地址。第二者则是采用较大的对应单位来进行地址转换，如Block-Level mapping，由于其以区块为单位，故所需的表格极小，但若写入的数据不满一个区块时，则需额外补满此区块，换句话说，若是进行少量数据写入时，低解析对映的方式需要许多额外的复制动作，故其在随机存取上的表现极差。第三者是混合了高解析对映以及低解析对映的方式，其将新写入的数据以Page-Level mapping方式写入是Log block，且也只有Log block需要分页表来记录每一页的对应地址，其耗费的硬件成本则介于Page-Level mapping与Block-Level mapping之间，而混合对映的缺点在于，当Log block被消耗完之后，FTL会启动GC来回收空间，而混合对映必须将Log Block中的有效数据以及其所属同一逻辑区块的有效数据，都复制至新的区块并整理成数据区块的型式存放，其将会需要一连串的复制以及抺除动作而造成额外的负担，使得固态硬盘效能下降。
为了方便用户了解固态硬盘的使用状态，固态硬盘均会内建S.M.A.R.T以提供有关固态硬盘的使用程度，以供用户预估固态硬盘的使用寿命。但由于每个主机的使用条件与写入模式不同，对于预估寿命会产生很大的误差。且写入模式的不同往往对于固态硬盘的固件架构会产生差异极大的误差，也有可能会造成多余的数据搬动与写入。举例来说，当此固态硬盘的FTL为低解析对映时，若其写入的每一笔数据常常不满一个区块时，则不但会产生较差的存取效率，也会减短此固态硬盘的寿命。相反地，当此固态硬盘的FTL为高解析对映时，若其写入的数据属于多个连续区块时，则其随机写入速度的优势则不复见。
发明内容
本发明的目的是在于解决当每个主机的使用条件与写入模式不同时，而造成固态硬盘的寿命减损。
本发明的目的是在于解决当每个主机的使用条件与写入模式不同时，而造成固态硬盘的存取效率低落。
根据本发明的目的，本发明提供一种固态硬盘的数据管理方法，其适用于一固态硬盘以及控制固态硬盘的一固件，数据管理方法包含下列步骤。a.传送N个写入指令至固件以写入至少一数据至固态硬盘，每一N个写入指令包含逻辑区块地址以及扇区计数值。b.由固件依序储存N个写入指令的逻辑区块地址以及扇区计数值。c.将j初始化为1，将循序写入计数值初始化为0，j为一正整数且j小于N。d.由固件判断第j个写入指令与第(j+1)个写入指令是否为循序写入，若是，则将循序写入计数值递增1。e.若j小于(N-1)，将j递增1并执行步骤d。f.由固件将循序写入计数值除以(N-1)以产生循序写入比例。
优选地，本发明的数据管理方法还包含若第j个写入指令的逻辑区块地址的值与扇区计数值的总和等于第(j+1)个写入指令的逻辑区块地址的值，将循序写入计数值递增1。
根据本发明的目的，本发明再提供一种固态硬盘的写入管理方法，其适用于一应用程序以及控制一固态硬盘的一固件，写入管理方法包含下列步骤。利用应用程序读取固件的循序写入比例。若循序写入比例高于第一门坎值时，写入第一档案，若循序写入比例低于第一门坎值时，写入第二档案。其中第一档案的大小大于第二档案的大小。
优选地，第一档案的大小大于固态硬盘的一扇区的大小，第二档案的大小小于扇区的大小。
根据本发明的目的，本发明再提供一种固态硬盘的写入管理方法，适用于一固态硬盘以及控制固态硬盘的一固件，写入管理方法包含下列步骤。传送多个写入指令至固件以写入至少一数据至固态硬盘，每一写入指令包含逻辑区块地址以及扇区计数值。由固件依序储存每一写入指令的逻辑区块地址以及扇区计数值。利用应用程序依序读取逻辑区块地址以及扇区计数值。根据逻辑区块地址及扇区计数值以决定循序写入比例。由应用程序根据循序写入比例以更新固件成第一固件。
优选地，本发明的写入管理方法还包含：当循序写入比例高于第二门坎值时，更新固件为一低解析对映(Low-resolution mapping)的地址转换模式。
优选地，本发明的写入管理方法还包含：当循序写入比例低于第二门坎值时，更新固件为一高解析对映(High-resolution mapping)的地址转换模式。
优选地，本发明的写入管理方法还包含：当循序写入比例介于一门坎值区间时，更新固件为一混合对映(Hybrid mapping)的地址转换模式。
优选地，多个写入指令是在一时间区段内产生。
根据本发明的目的，本发明再提供一种固态硬盘的写入管理方法，其适用于一固态硬盘以及控制固态硬盘的一固件，写入管理方法包含下列步骤。传送多个写入指令至固件以写入至少一数据至固态硬盘，每一写入指令包含逻辑区块地址以及扇区计数值。由固件决定多个写入指令的循序写入比例以产生固件更新建议。由应用程序读取固件更新建议并根据固件更新建议以更新固件成第一固件。
优选地，本发明的写入管理方法还包含：当循序写入比例高于第二门坎值时，更新固件为一低解析对映(Low-resolution mapping)的地址转换模式。
优选地，本发明的写入管理方法还包含：当循序写入比例低于第二门坎值时，更新固件为一高解析对映(High-resolution mapping)的地址转换模式。
优选地，本发明的写入管理方法还包含当：循序写入比例介于一门坎值区间时，更新固件为一混合对映(Hybrid mapping)的地址转换模式。
优选地，多个写入指令是在一时间区段内产生。
根据本发明的目的，本发明再提供一种固态硬盘的写入管理***，其包含一固态硬盘、一固件以及一应用程序。固件可接收多个写入指令以写入至少一数据至固态硬盘，固件是决定多个写入指令的一循序写入比例，并产生一固件更新建议。应用程序是读取固件更新建议并根据固件更新建议以更新固件成第一固件。
优选地，每一写入指令包含逻辑区块地址以及扇区计数值。
优选地，多个写入指令由至少一循序写入指令以及至少一随机写入指令所组成。
优选地，循序写入比例可为至少一循序写入指令的个数除以多个写入指令的个数的比例。
优选地，第一固件为具有一低解析对映(Low-resolution mapping)的地址转换模式的固件。
优选地，第一固件为具有一高解析对映(High-resolution mapping)的地址转换模式的固件。
优选地，第一固件为具有一混合对映(Hybrid mapping)的地址转换模式的固件。
本发明的固态硬盘的写入管理方法及其***的确可根据固态硬盘的写入模式以产生一相对应的固件，并通过更新此固件以延长固态硬盘的寿命以及增加固态硬盘的存取效益。
附图说明
图1为本发明第一实施例的写入管理***的方块图。
图2为本发明第二实施例的写入管理***的方块图。
图3为本发明第三实施例的数据管理方法的流程图。
图4为本发明第四实施例的写入管理方法的流程图。
图5为本发明第五实施例的写入管理方法的流程图。
图6为本发明第六实施例的写入管理方法的流程图。
具体实施方式
为方便审查员了解本发明的技术特征、内容与优点及其所能达成的功效，将本发明配合附图，并以实施例的表达形式详细说明如下，而其中所使用的图式，其主旨仅为示意及辅助说明书之用，未必为本发明实施后的真实比例与精准配置，故不应就所附的图式的比例与配置关系解读、局限本发明于实际实施上的权利范围，合先叙明。
请参阅图1，其为本发明第一实施例的写入管理***的方块图。此固态硬盘的写入管理***100包含一固态硬盘10、一固件20以及安装在一电子装置30上的应用程序40。其中此固态硬盘10主要是由NAND闪存所组成，其可以通过SATA连接线以电性连接至一主机101的主板上，固件20包含一段程序代码并储存于固态硬盘100中，例如储存于NAND闪存的一保留区块中，其可供用户查询目前固态硬盘10的运作状态或是执行固态硬盘10的设定、更新与调校。电子装置30可为一计算机、一平板或是一智能型手机，其可通过因特网连接至主机101。
进一步地说明，当主机101欲储存至少一数据11至固态硬盘100时，则主机101首先会传送包含有关此数据11的多个写入指令31至固件20，再由固件20根据这些写入指令31以写入数据11至固态硬盘10的NAND闪存内，其中每一写入指令31可包含一逻辑区块地址311以及一扇区计数值312，此逻辑区块地址311用以表示所要写入的逻辑区块起始地址，扇区计数值312则表示所需要写入的扇区个数。举例来说，若是一写入指令31中的逻辑区块位置311为＂100＂且扇区计数值312为＂5＂，则表示逻辑区块位置311中的第100、101、102、103、104的5个区块将会被写入数据。此外，在本实施例中，所有的逻辑区块地址311以及扇区计数值312将会由固件20储存至NAND闪存的一保留区块中。
经过一时间区间之后，此时固件20已储存了多笔写入指令31的逻辑区块地址311以及扇区计数值312。此时电子装置30上的应用程序40将读取固件20所储存的逻辑区块地址311以及扇区计数值312，由这些写入指令31来决定一循序写入比例22。而应用程序40可以根据此循序写入比例22以更新固件20成一第一固件50，其中此第一固件50可以为具有一低解析对映(Low-resolution mapping)、高解析对映(High-resolution mapping)或是一混合对映(Hybrid mapping)的地址转换模式的固件，而固件的更新方式可以通过网络或USB进行更新，且其更新的方式为相关领域中具有通常知识者所熟知，故在此不进行赘述。
详细地说明，这些写入指令31可以由至少一循序写入指令以及至少一随机写入指令所组成，而循序写入比例22可以为至少一循序写入指令的个数除以多个写入指令31的个数的比例，其中循序写入指令可以连续的两个写入指令是否写入至相邻的逻辑区块地址来进行简易的判断。举例来说，如(100,5)及(105,3)即属于循序写入指令，其中括号的前后两数字分别表示逻辑区块地址311以及扇区计数值312。
较佳的情况是，应用程序40内可以设定一第二门坎值62，当应用程序40判断循序写入比例22大于此第二门坎值62时，可更新固件20为具有一低解析对映的地址转换模式，反之，若循序写入比例22不大于第二门坎值62时，可更新固件20为具有一高解析对映的地址转换模式，更甚者，当循序写入比例22介于一门坎值区间时，则可更新固件20为一具有混合对映的地址转换模式。
值得一提的是，本实施例中的电子装置30以及主机101以相异的装置来举例实施，但本发明并不以此为限，亦可以将应用程序40安装于主机101上，让主机101也可以通过本发明的写入管理***来达到更新固件的目的。
请参阅图2，其为本发明第二实施例的写入管理***的方块图。此固态硬盘的写入管理***100包含一固态硬盘10、一固件20以及安装在一电子装置30上的应用程序40。
当用户欲储存一数据11至固态硬盘10时，固件20会先接收有关此数据11的多个写入指令31，固件20可根据此多个写入指令31以决定一循序写入比例22，并根据此循序写入比例22产生一固件更新建议21。应用程序40可读取此固件更新建议21，并根据此固件更新建议21以更新固件20成第一固件50。
其中，每一笔写入指令31可包含一逻辑区块地址311以及一扇区计数值312，而循序写入比例22的产生方式以及第一固件50的种类已于第一实施例内揭露，故在此不进行赘述。
值得一提的是，不同于第一实施例，在本实施例中是由固件20来产生固件更新建议21，此种方式的优点在于固件20不需要额外花费空间来储存所有的写入指令31，其只需要判断相邻的两个写入指令31是否为循序写入的关系即可，而当固件20判断为一循序写入的关系时，其可以利用一缓存器来进行累计，将最后的累计数目除以写入指令31的个数便可以得到循序写入比例22。
在上述的两个实施例中，使用者均可以设定一时间区段以搜集此固态硬件上的写入指令，其中此时间区段可以为一天、一个星期或是一个月，通过搜集在此时间区段内的写入行为，应用程序便可以得知此固态硬盘较常被使用的写入模式为何，进一步地根据此模式以更新适合的第一固件。如此一来，经过固件更新后的固态硬盘将可以更贴近其实际被写入的方式，进而增加固态硬盘的存取寿命以及发挥其最大的存取效益。
请参阅图3，其为根据本发明第三实施例的数据管理方法的流程图。此数据管理方法适用于一固态硬盘以及控制固态硬盘的一固件，其方法包含下列步骤。
步骤S11传送N个写入指令至固件以写入至少一数据至固态硬盘，其中每一N个写入指令包含一逻辑区块地址以及一扇区计数值。
步骤S12由固件依序储存N个写入指令的逻辑区块地址以及扇区计数值。
步骤S13将j初始化为1，将一循序写入计数值初始化为0，j为一正整数且j小于N。
步骤S14由固件判断第j个写入指令与第(j+1)个写入指令是否为循序写入，若是，则将循序写入计数值递增1。
步骤S15判断若j小于(N-1)，将j递增1并执行步骤S14。
步骤S16由固件将循序写入计数值除以(N-1)以产生一循序写入比例。
详细地说，在上述的步骤S14中，其判断的方式可以为若第j个写入指令的逻辑区块地址的值与扇区计数值的总和等于第(j+1)个写入指令的逻辑区块地址的值，则将循序写入计数值递增1。
请参阅图4，其为根据本发明第四实施例的写入管理方法的流程图。此写入管理方法适用于一应用程序以及控制一固态硬盘的一固件，其包含下列步骤。
步骤S21利用应用程序读取固件的一循序写入比例。
步骤S22判断若循序写入比例高于一第一门坎值时，写入一第一档案，若循序写入比例低于第一门坎值时，写入一第二档案。其中第一档案的大小大于第二档案的大小。
更进一步地说明，第一档案的大小可大于固态硬盘的一扇区的大小，第二档案的大小可小于扇区的大小。此外，如同第三实施例中所描述，循序写入比例可由写入计数值除以(N-1)而产生，但本发明并不以此产生方式为限，循序写入比例可由固件搭配不同的算法而被计算产生。
请参阅图5，其为根据本发明第五实施例的写入管理方法的流程图。此写入管理方法适用于一固态硬盘以及控制固态硬盘的一固件，其包含下列步骤。
步骤S31传送多个写入指令至固件以写入至少一数据至固态硬盘，其中每一写入指令包含一逻辑区块地址以及一扇区计数值，且此多个写入指令可在一时间区段内产生，如一小时、一天或是一个星期。
步骤S32是由固件依序储存每一写入指令的逻辑区块地址以及扇区计数值。
步骤S33利用一应用程序依序读取所储存的逻辑区块地址以及扇区计数值。
步骤S34根据逻辑区块地址及扇区计数值以决定一循序写入比例。
步骤S35由应用程序根据循序写入比例以更新固件成一第一固件。
进一步地说明，在步骤S35中，当循序写入比例高于一第二门坎值时，表示写入的数据较有可能在同一个区块上，因此可更新固件为一低解析对映的地址转换模式，
进一步地说明，在步骤S35中，当循序写入比例低于一第二门坎值时，表示写入的数据可能散落于不同的区块上，因此更新固件为一高解析对映的地址转换模式。
进一步地说明，在步骤S35中，当循序写入比例介于一门坎值区间时，更新固件为一混合对映的地址转换模式，其中此门坎值区间的大小可由使用者自行制定。
请参阅图6，其为根据本发明第六实施例的写入管理方法的流程图。此写入管理方法适用于一固态硬盘以及控制此固态硬盘的一固件，其包含下列步骤。
步骤S41传送多个写入指令至固件以写入至少一数据至固态硬盘，其中每一写入指令包含一逻辑区块地址以及一扇区计数值，而多个写入指令是在一时间区段内产生。
步骤S42由固件决定多个写入指令的一循序写入比例以产生一固件更新建议。
步骤S43由一应用程序读取固件更新建议，并根据此固件更新建议以更新固件成一第一固件。
进一步地说明，在步骤S43中，还包含当循序写入比例高于一第二门坎值时，更新固件为一低解析对映的地址转换模式。
进一步地说明，在步骤S43中，还包含当循序写入比例低于一第二门坎值时，更新固件为一高解析对映的地址转换模式。
进一步地说明，在步骤S43中，还包含当循序写入比例介于一门坎值区间时，更新固件为一混合对映的地址转换模式。
通过以上可以得知，本发明的固态硬盘的写入管理方法及其***的确可根据固态硬盘的写入模式以产生一相对应的固件，并通过更新此固件以延长固态硬盘的寿命以及增加固态硬盘的存取效益。
以上所述仅为举例性，而非为限制性。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于后附的权利要求书中。
Claims (21)
1.一种固态硬盘的数据管理方法，适用于固态硬盘以及控制所述固态硬盘的固件，其特征在于，包括：
a.传送N个写入指令至所述固件以写入至少一数据至所述固态硬盘，其中每一所述N个写入指令包含逻辑区块地址以及扇区计数值；
b.由所述固件依序储存所述N个写入指令的所述逻辑区块地址以及所述扇区计数值；
c.将j初始化为1，将循序写入计数值初始化为0，其中j为一正整数且j小于N；
d.由所述固件判断第j个写入指令与第(j+1)个写入指令是否为循序写入，若是，则将所述循序写入计数值递增1；
e.若j小于(N-1)，将j递增1并执行步骤d；以及
f.由所述固件将所述循序写入计数值除以(N-1)以产生循序写入比例。
2.如权利要求1所述的数据管理方法，其特征在于，还包含若第j个写入指令的所述逻辑区块地址的值与所述扇区计数值的总和等于第(j+1)个写入指令的所述逻辑区块地址的值，将所述循序写入计数值递增1。
3.一种固态硬盘的写入管理方法，适用于应用程序以及控制固态硬盘的固件，其特征在于，包括：
利用所述应用程序读取所述固件的循序写入比例；以及
若所述循序写入比例高于第一门坎值时，写入第一档案，若所述循序写入比例低于所述第一门坎值时，写入第二档案；
其中所述第一档案的大小大于所述第二档案的大小。
4.如权利要求3所述的写入管理方法，其特征在于，其中所述第一档案的大小大于所述固态硬盘的扇区的大小，所述第二档案的大小小于所述扇区的大小。
5.一种固态硬盘的写入管理方法，适用于固态硬盘以及控制所述固态硬盘的固件，其特征在于，包括：
传送多个写入指令至所述固件以写入至少一数据至所述固态硬盘，其中每一所述多个写入指令包含逻辑区块地址以及扇区计数值；
由所述固件依序储存每一所述多个写入指令的所述逻辑区块地址以及所述扇区计数值；
利用应用程序依序读取每一所述多个写入指令的所述逻辑区块地址及所述扇区计数值；
根据每一所述多个写入指令的所述逻辑区块地址及所述扇区计数值以决定循序写入比例；以及
由所述应用程序根据所述循序写入比例以更新所述固件成第一固件。
6.如权利要求5所述的写入管理方法，其特征在于，还包含当所述循序写入比例高于第二门坎值时，更新所述固件为低解析对映的地址转换模式。
7.如权利要求5所述的写入管理方法，其特征在于，还包含当所述循序写入比例低于第二门坎值时，更新所述固件为高解析对映的地址转换模式。
8.如权利要求5所述的写入管理方法，其特征在于，还包含当所述循序写入比例介于门坎值区间时，更新所述固件为混合对映的地址转换模式。
9.如权利要求5所述的写入管理方法，其特征在于，其中所述多个写入指令是在时间区段内产生。
10.一种固态硬盘的写入管理方法，适用于固态硬盘以及控制所述固态硬盘的固件，其特征在于，包括：
传送多个写入指令至所述固件以写入至少一数据至所述固态硬盘，其中每一所述多个写入指令包含逻辑区块地址以及扇区计数值；
由所述固件决定所述多个写入指令的循序写入比例以产生固件更新建议；以及
由应用程序读取所述固件更新建议并根据所述固件更新建议以更新所述固件成第一固件。
11.如权利要求10所述的写入管理方法，其特征在于，还包含当所述循序写入比例高于第二门坎值时，更新所述固件为低解析对映的地址转换模式。
12.如权利要求10所述的写入管理方法，其特征在于，还包含当所述循序写入比例低于第二门坎值时，更新所述固件为高解析对映的地址转换模式。
13.如权利要求10所述的写入管理方法，其特征在于，还包含当所述循序写入比例介于门坎值区间时，更新所述固件为混合对映的地址转换模式。
14.如权利要求10所述的写入管理方法，其特征在于，其中所述多个写入指令是在时间区段内产生。
15.一种固态硬盘的写入管理***，其特征在于，包括：
固态硬盘；
固件，接收多个写入指令以写入至少一数据至所述固态硬盘，所述固件决定所述多个写入指令的循序写入比例，并产生固件更新建议；
应用程序，读取所述固件更新建议并根据所述固件更新建议以更新所述固件成第一固件。
16.如权利要求15所述的写入管理***，其特征在于，其中每一所述多个写入指令包含逻辑区块地址以及扇区计数值。
17.如权利要求15所述的写入管理***，其特征在于，其中所述多个写入指令由至少一循序写入指令以及至少一随机写入指令所组成。
18.如权利要求15所述的写入管理***，其特征在于，其中所述循序写入比例为所述至少一循序写入指令的个数除以所述多个写入指令的个数的比例。
19.如权利要求15所述的写入管理***，其特征在于，其中所述第一固件为具有低解析对映的地址转换模式的固件。
20.如权利要求15所述的写入管理***，其特征在于，其中所述第一固件为具有高解析对映的地址转换模式的固件。
21.如权利要求15所述的写入管理***，其特征在于，其中所述第一固件为具有混合对映的地址转换模式的固件。
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| CN201510641392.4A CN106557273A (zh) | 2015-09-30 | 2015-09-30 | 固态硬盘的数据管理方法、写入管理***及其方法 |
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