CN107391035B - 一种通过编程错误感知降低固态盘磨损的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通过编程错误感知降低固态盘磨损的方法,属于计算机存储领域。随着固态盘存储密度的提升,固态盘的耐久性降低。磨损均衡方法被用于提高固态盘的耐久性,传统方法采用编程/擦写次数和位错误率作为优化指标,但是固态盘中同一闪存芯片的不同块在耐久性方面具有较大的差别,因此采用这种对固态盘物理特性不加区分的磨损均衡方法不能精准的预测固态盘闪存块的状态。为了适应固态盘自身的物理特性,我们采用编程错误率作为优化指标,使编程错误率能均匀的分布在不同闪存块,进而避免不均衡的擦除操作。本发明所述通过编程错误感知降低固态盘磨损的方法可以有效地延长固态盘使用寿命,提高固态盘的耐久性。
Description
技术领域
本发明属于计算机存储领域,更具体地,涉及一种通过编程错误感知降低固态盘磨损的方法。
背景技术
存储***是计算机***中的重要组成部分,基于NAND闪存的固态盘具有非易失、抗震、读写延迟低、功耗低、体积小等特点,因而受到数据中心的关注。然而,固态盘也存在缺陷:其擦除次数有限,如果对同一闪存块进行持续性的访问,会较快地导致该闪存块被磨损,进而降低固态盘的可靠性,导致其最终无法使用。
有鉴于此,当前各种磨损均衡方法被广泛地应用于固态盘,目的是使闪存块的擦除操作均匀的分布在整个固态盘存储空间,从而延长固态盘的使用寿命,提高存储设备的耐久性。当前的磨损均衡方法主要以闪存物理块编号(Physical Block Number,简称PBN)的编程/擦写次数和位错误率作为优化指标。
然而,选取闪存块的编程/擦写次数作为优化指标,忽略了闪存块的制程工艺差异。同时,由于固态盘具有多种不同的错误类型,包括:编程错误(写错误)、读干扰错误、编程干扰错误、保持错误,上述四种错误类型中,只有编程错误会对作为闪存存储单元核心部件的浮栅门产生较大的磨损,如果仅仅选取位错误率作为优化指标,不能精确的预测固态盘闪存快的磨损程度,导致降低了固态盘的可靠性。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供了一种通过编程错误感知降低固态盘磨损的方法,其目的在于,通过编程错误感知机制,有效延长固态盘的使用寿命,提高存储设备的耐久性,从而解决现有磨损均衡方法由于没有对固态盘的物理特性加以区分,导致不能精准地预测固态盘闪存块的使用状态的技术问题。
为实现上述目的,按照本发明的一个方面,提供了一种通过编程错误感知降低固态盘磨损的方法,所述方法在固态盘闪存***中增加编程错误感知过程,以获取每一个闪存块的磨损度,并使固态盘闪存***根据闪存块的磨损度对来自主机端的写请求进行分配。
优选地,在固态盘闪存***中增加编程错误感知过程包括以下步骤:
(1)接收主机端发送的写请求,执行该写请求,并将该写请求对应数据的副本存储在固态盘内部的缓存中,并通过闪存转换层查找该写请求对应的物理页号;
(2)生成读请求,该读请求中包括查找到的写请求对应的物理页号,根据该物理页号读取该读请求对应的数据到固态盘的缓存中;
(3)将步骤(2)中读取的数据与步骤(1)中存储的数据的副本进行比较,以得到二者之间对应位上数据不同的总位数,并根据该总位数计算得到页编程错误率;
(4)根据步骤(3)中获取的页编程错误率,将写请求对应的闪存块中每一个页的页编程错误率进行比较,以得到该写请求对应的闪存块中最大的页编程错误率;
(5)根据步骤(4)中获取的最大的页编程错误率,将其作为该闪存块的块编程错误率,同时对编程错误率闪存块状态表进行更新。
优选地,写请求对应的物理页号是通过在固态盘DRAM中存储的页级地址映射表中查找获得的。
优选地,编程错误率的计算公式为:对应位上数据不同的总位数/数据的副本位数。
按照本发明的另一方面,提供了一种通过编程错误感知降低固态盘磨损的***,其特征在于,所述***在固态盘闪存***中增加编程错误感知模块,以获取每一个闪存块的磨损度,并使固态盘闪存***根据闪存块的磨损度对来自主机端的写请求进行分配。
优选地,所述编程错误感知模块包括:
第一模块,用于接收主机端发送的写请求,执行该写请求,并将该写请求对应数据的副本存储在固态盘内部的缓存中,并通过闪存转换层查找该写请求对应的物理页号;
第二模块,用于生成读请求,该读请求中包括查找到的写请求对应的物理页号,根据该物理页号读取该读请求对应的数据到固态盘的缓存中;
第三模块,用于将第二模块中读取的数据与第一模块中存储的数据的副本进行比较,以得到二者之间对应位上数据不同的总位数,并根据该总位数计算得到页编程错误率;
第四模块,用于根据第三模块中获取的页编程错误率,将写请求对应的闪存块中每一个页的页编程错误率进行比较,以得到该写请求对应的闪存块中最大的页编程错误率;
第五模块,用于根据第四模块中获取的最大的页编程错误率,将其作为该闪存块的块编程错误率,同时对编程错误率闪存块状态表进行更新。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,能够取得下列有益效果:
(1)由于本发明采用了步骤(1)到步骤(5)的编程错误感知机制(即获取到块编程错误率),其充分考虑固态盘不同闪存块的物理特性,从而能够有效的进行固态盘磨损均衡,进而充分延长固态盘的使用寿命,并提高固态盘的耐久性;
(2)本发明能够有效预测固态盘闪存块的使用状态:由于采用编程错误率作为优化指标,能较为精准的预测闪存存储单元核心部件浮栅门的磨损程度。相对于现有方法中针对编程/擦除和位错误率作为优化指标,本发明采用编程错误率不仅有效地获取闪存块的状态,还避免了对部分闪存块耐久度过高的预测,使固态盘存储***更容易进入稳定状态,大大的提高了磨损均衡的精确度;
(3)本发明能够对固态盘不同闪存块的块编程错误率进行量化,并将块编程错误率信息添加至编程错误率闪存块状态表,可以将块编程错误率均匀的分布在固态盘不同闪存块,避免不均匀的擦除操作,从而延长固态盘的使用寿命。
附图说明
图1是本发明通过编程错误感知降低固态盘磨损的方法的流程示意图。
图2是本发明通过编程错误感知降低固态盘磨损的方法的固态盘闪存***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。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明的整体思路在于,提供一种通过编程错误感知降低固态盘磨损的方法,所谓编程错误感知,就是对固态盘闪存在运行过程中所产生的编程错误进行统计,利用固态盘不同闪存块的编程错误率对整个固态盘存储空间进行磨损均衡,使擦除操作能均匀地分布在不同闪存块。
参见图1,本发明提供了一种编程错误感知降低固态盘磨损的方法,该方法在固态盘闪存***中增加编程错误感知过程,以获取每一个闪存块的磨损度,并使固态盘闪存***根据闪存块的磨损度对来自主机端的写请求进行分配。
在固态盘闪存***中增加编程错误感知过程包括以下步骤:
(1)接收主机端发送的写请求,执行该写请求,并将该写请求对应数据的副本存储在固态盘内部的缓存(Buffer)中,并通过闪存转换层(Flash Translation Layer,简称FTL)查找该写请求对应的物理页号(Physical page number,简称PPN);
具体而言,写请求对应的物理页号是通过在固态盘DRAM中存储的页级地址映射表中查找获得的。
(2)生成读请求,该读请求中包括查找到的写请求对应的物理页号,根据该物理页号读取该读请求对应的数据到固态盘的缓存中;
(3)将步骤(2)中读取的数据与步骤(1)中存储的数据的副本进行比较,以得到二者之间对应位上数据不同的总位数,并根据该总位数计算得到编程错误率(Program errorrate,简称PER);
具体而言,编程错误率的计算公式为:对应位上数据不同的总位数/数据的副本位数。
举例而言,如果步骤(2)中读取的数据是01010101010101…0101,步骤(1)中存储的数据的副本是10010101010101…0101,则可以看出二者之间对应位上数据不同的总位数是2(因为第1位和第2位上的数据不同),如果此时数据的副本位数是32768位(即4kB大小),则此时的页编程错误率为2/32768=6.1E-05;
(4)根据步骤(3)中获取的页编程错误率,将写请求对应的闪存块中每一个页的页编程错误率进行比较,以得到该写请求对应的闪存块中最大的页编程错误率;
(5)根据步骤(4)中获取的最大的页编程错误率,将其作为该闪存块的块编程错误率,同时对编程错误率闪存块状态表进行更新。
具体而言,编程错误率闪存块状态表,根据闪存块编号PBN对每一个闪存块添加编程错误率信息,具体见下表1所示。
PBN | PER |
0 | 6.1E-05 |
1 | 3.05E-05 |
2 | 9.16E-05 |
3 | 0 |
4 | 0 |
5 | 1.22E-04 |
… | … |
表1
参见图2,本发明通过编程错误感知降低固态盘磨损的方法的固态盘闪存***包含闪存转换层、存储设备技术层、闪存芯片。本发明在闪存转换层增加编程错误感知过程,闪存转换层包含分配器、垃圾回收、磨损均衡、编程错误检测、编程错误比较、编程错误存取,其中编程错误检测包含步骤(1)到(3)、编程错误比较包含步骤(4)、编程错误存取包含步骤(5)。固态盘闪存***在接收主机端的写请求时,增加了编程错误感知过程的闪存转换层根据闪存块的磨损度,将闪存块编程错误率最小的闪存块分配给写请求,同时编程错误感知过程,其包含编程错误检测、编程错误比较、编程错误存取,对分配给写请求的闪存块进行操作,以获取新的闪存块编程错误率,并对表1进行更新,最后经存储技术设备层处理,对闪存芯片完成数据写入。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种通过编程错误感知降低固态盘磨损的方法,其特征在于,所述方法在固态盘闪存***中增加编程错误感知过程,以获取每一个闪存块的磨损度,并使固态盘闪存***根据闪存块的磨损度对来自主机端的写请求进行分配,其中在固态盘闪存***中增加编程错误感知过程包括以下步骤:
(1)接收主机端发送的写请求,执行该写请求,并将该写请求对应数据的副本存储在固态盘内部的缓存中,并通过闪存转换层查找该写请求对应的物理页号;
(2)生成读请求,该读请求中包括查找到的写请求对应的物理页号,根据该物理页号读取该读请求对应的数据到固态盘的缓存中;
(3)将步骤(2)中读取的数据与步骤(1)中存储的数据的副本进行比较,以得到二者之间对应位上数据不同的总位数,并根据该总位数计算得到页编程错误率;
(4)根据步骤(3)中获取的页编程错误率,将写请求对应的闪存块中每一个页的页编程错误率进行比较,以得到该写请求对应的闪存块中最大的页编程错误率;
(5)根据步骤(4)中获取的最大的页编程错误率,将其作为该闪存块的块编程错误率,同时对编程错误率闪存块状态表进行更新。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,写请求对应的物理页号是通过在固态盘DRAM中存储的页级地址映射表中查找获得的。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,编程错误率的计算公式为:对应位上数据不同的总位数/数据的副本位数。
4.一种通过编程错误感知降低固态盘磨损的***,其特征在于,所述***在固态盘闪存***中增加编程错误感知模块,以获取每一个闪存块的磨损度,并使固态盘闪存***根据闪存块的磨损度对来自主机端的写请求进行分配,其中所述编程错误感知模块包括:
第一模块,用于接收主机端发送的写请求,执行该写请求,并将该写请求对应数据的副本存储在固态盘内部的缓存中,并通过闪存转换层查找该写请求对应的物理页号;
第二模块,用于生成读请求,该读请求中包括查找到的写请求对应的物理页号,根据该物理页号读取该读请求对应的数据到固态盘的缓存中;
第三模块,用于将第二模块中读取的数据与第一模块中存储的数据的副本进行比较,以得到二者之间对应位上数据不同的总位数,并根据该总位数计算得到页编程错误率;
第四模块,用于根据第三模块中获取的页编程错误率,将写请求对应的闪存块中每一个页的页编程错误率进行比较,以得到该写请求对应的闪存块中最大的页编程错误率;
第五模块,用于根据第四模块中获取的最大的页编程错误率,将其作为该闪存块的块编程错误率,同时对编程错误率闪存块状态表进行更新。
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