CN112783448A - 一种数据存储方法和*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数据存储方法和***，方法包括：接收写入固态硬盘的数据，并从主机获取数据的热度或由固态硬盘基于固件内部逻辑确定数据的热度；读取固态硬盘的冷热数据比例配置，并基于数据的热度和冷热数据比例配置而将数据确定为热数据、温数据、或冷数据；将热数据写入固态硬盘的高性能闪存介质，并响应于高性能闪存介质已满或写入请求阻塞而将热数据写入固态硬盘的均衡闪存介质；将冷数据写入固态硬盘的高容量闪存介质，并响应于高容量闪存介质已满或写入请求阻塞而将冷数据写入固态硬盘的均衡闪存介质。本发明能够使用不同类型的闪存介质选择性的保存不同数据，同时提高硬盘的容量和性能。
Description
技术领域
本发明涉及数据存储领域，更具体地，特别是指一种数据存储方法和***。
背景技术
随着互联网、云计算、物联网、大数据等技术的发展及广泛应用，在人类生活中，时时刻刻都会产生海量的数据，这些海量的数据需要进行处理和存储，信息技术的告诉发展对存储***的性能提出了更高的要求。固态硬盘因为其读写速度快、能耗低，而被广泛的应用。
当前固态硬盘(SSD)的使用变得越来越广泛，对固态硬盘的性能、容量的要求都更高，随着闪存技术的发展、主控芯片的性能提高，固态硬盘的相关技术不断更新，使得能够尽可能满足应用的需求。
在SSD应用中，严重受SSD使用NAND(闪存介质)的寿命、容量和性能限制导致SSD的应用受到很大的限制。当前SLC NAND具有高性能、高寿命、和低容量，QLC NAND具有高容量、低性能和低寿命，TLC NAND在两者之间，没有突出的优势，由于其缺陷并不明显，所以当前各大SSD厂商都采用TLC NAND左右主流产品使用的闪存介质。但TLC本身不足以满足所有实际需求。
针对现有技术中SSD的闪存介质在容量和性能方面不突出，无法满足实际需求的问题，目前尚无有效的解决方案。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种数据存储方法和***，能够使用不同类型的闪存介质选择性的保存不同数据，同时提高硬盘的容量和性能。
基于上述目的，本发明实施例的第一方面提供了一种数据存储方法，包括执行以下步骤：
接收写入固态硬盘的数据，并从主机获取数据的热度或由固态硬盘基于固件内部逻辑确定数据的热度；
读取固态硬盘的冷热数据比例配置，并基于数据的热度和冷热数据比例配置而将数据确定为热数据、温数据、或冷数据；
将热数据写入固态硬盘的高性能闪存介质，并响应于高性能闪存介质已满或写入请求阻塞而将热数据写入固态硬盘的均衡闪存介质；
将冷数据写入固态硬盘的高容量闪存介质，并响应于高容量闪存介质已满或写入请求阻塞而将冷数据写入固态硬盘的均衡闪存介质。
在一些实施方式中，从主机获取数据的热度包括：通过主机接口从主机直接采集数据的热度；
方法还包括：通过主机接口从主机接收修改冷热数据比例配置的指令并进行对应修改。
在一些实施方式中，由固态硬盘基于固件内部逻辑确定数据的热度包括：响应于未能从主机获取热度，而使用固件内部逻辑对数据执行内部分析以确定热度。
在一些实施方式中，方法还包括：将热数据写入固态硬盘的均衡闪存介质时，使被热数据占用的均衡闪存介质模拟高性能闪存介质直到热数据被释放；将冷数据写入固态硬盘的均衡闪存介质时，使被冷数据占用的均衡闪存介质模拟高容量闪存介质直到冷数据被释放。
在一些实施方式中，方法还包括：响应于高性能闪存介质已满而执行垃圾回收以重新确定高性能闪存介质中数据的热度，并将被确定为是温数据或冷数据的数据转移到均衡闪存介质。
在一些实施方式中，方法还包括：响应于均衡闪存介质已满而执行垃圾回收以重新确定均衡闪存介质中数据的热度，并将在连续两次垃圾回收中都被确定为是冷数据的数据作为变化数据转移到高容量闪存介质。
在一些实施方式中，方法还包括：响应于变化数据发生覆盖写，而将变化数据覆盖写入均衡闪存介质并重新确定变化数据的热度；响应于变化数据被确定为温数据并且再次发生覆盖写，而将变化数据覆盖作为温数据写入高性能闪存介质。
本发明实施例的第二方面提供了一种数据存储***，包括：
处理器；和
存储器，存储有处理器可运行的程序代码，程序代码在被运行时执行以下步骤：
接收写入固态硬盘的数据，并从主机获取数据的热度或由固态硬盘基于固件内部逻辑确定数据的热度；
读取固态硬盘的冷热数据比例配置，并基于数据的热度和冷热数据比例配置而将数据确定为热数据、温数据、或冷数据；
将热数据写入固态硬盘的高性能闪存介质，并响应于高性能闪存介质已满或写入请求阻塞而将热数据写入固态硬盘的均衡闪存介质；
将冷数据写入固态硬盘的高容量闪存介质，并响应于高容量闪存介质已满或写入请求阻塞而将冷数据写入固态硬盘的均衡闪存介质。
在一些实施方式中，步骤还包括：响应于高性能闪存介质已满而执行垃圾回收以重新确定高性能闪存介质中数据的热度，并将被确定为是温数据或冷数据的数据转移到均衡闪存介质。
在一些实施方式中，步骤还包括：响应于均衡闪存介质已满而执行垃圾回收以重新确定均衡闪存介质中数据的热度，并将在连续两次垃圾回收中都被确定为是冷数据的数据作为变化数据转移到高容量闪存介质；响应于变化数据发生覆盖写，而将变化数据覆盖写入均衡闪存介质并重新确定变化数据的热度；响应于变化数据被确定为温数据并且再次发生覆盖写，而将变化数据覆盖作为温数据写入高性能闪存介质。
本发明具有以下有益技术效果：本发明实施例提供的数据存储方法和***，通过接收写入固态硬盘的数据，并从主机获取数据的热度或由固态硬盘基于固件内部逻辑确定数据的热度；读取固态硬盘的冷热数据比例配置，并基于数据的热度和冷热数据比例配置而将数据确定为热数据、温数据、或冷数据；将热数据写入固态硬盘的高性能闪存介质，并响应于高性能闪存介质已满或写入请求阻塞而将热数据写入固态硬盘的均衡闪存介质；将冷数据写入固态硬盘的高容量闪存介质，并响应于高容量闪存介质已满或写入请求阻塞而将冷数据写入固态硬盘的均衡闪存介质的技术方案，能够使用不同类型的闪存介质选择性的保存不同数据，同时提高硬盘的容量和性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的数据存储方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
基于上述目的，本发明实施例的第一个方面，提出了一种同时提高硬盘的容量和性能的数据存储方法的一个实施例。图1示出的是本发明提供的数据存储方法的流程示意图。
所述的数据存储方法，如图1所示，包括执行以下步骤：
步骤S101，接收写入固态硬盘的数据，并从主机获取数据的热度或由固态硬盘基于固件内部逻辑确定数据的热度；
步骤S103，读取固态硬盘的冷热数据比例配置，并基于数据的热度和冷热数据比例配置而将数据确定为热数据、温数据、或冷数据；
步骤S105，将热数据写入固态硬盘的高性能闪存介质，并响应于高性能闪存介质已满或写入请求阻塞而将热数据写入固态硬盘的均衡闪存介质；
步骤S107，将冷数据写入固态硬盘的高容量闪存介质，并响应于高容量闪存介质已满或写入请求阻塞而将冷数据写入固态硬盘的均衡闪存介质。
本发明主要是针对SSD在设计中使用不同的NAND闪存介质，并使用不同种类的NAND用于保存不同种类的数据下，既能够保证写入的性能又能够保证大容量和高寿命的要求，主要采取的策略是使用冷热分离算法结合不同种类NAND的特性来实现上述目的。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(ROM)或随机存储记忆体(RAM)等。所述计算机程序的实施例，可以达到与之对应的前述任意方法实施例相同或者相类似的效果。
在一些实施方式中，从主机获取数据的热度包括：通过主机接口从主机直接采集数据的热度。方法还包括：通过主机接口从主机接收修改冷热数据比例配置的指令并进行对应修改。
在一些实施方式中，由固态硬盘基于固件内部逻辑确定数据的热度包括：响应于未能从主机获取热度，而使用固件内部逻辑对数据执行内部分析以确定热度。
在一些实施方式中，方法还包括：将热数据写入固态硬盘的均衡闪存介质时，使被热数据占用的均衡闪存介质模拟高性能闪存介质直到热数据被释放；将冷数据写入固态硬盘的均衡闪存介质时，使被冷数据占用的均衡闪存介质模拟高容量闪存介质直到冷数据被释放。
在一些实施方式中，方法还包括：响应于高性能闪存介质已满而执行垃圾回收以重新确定高性能闪存介质中数据的热度，并将被确定为是温数据或冷数据的数据转移到均衡闪存介质。
在一些实施方式中，方法还包括：响应于均衡闪存介质已满而执行垃圾回收以重新确定均衡闪存介质中数据的热度，并将在连续两次垃圾回收中都被确定为是冷数据的数据作为变化数据转移到高容量闪存介质。
在一些实施方式中，方法还包括：响应于变化数据发生覆盖写，而将变化数据覆盖写入均衡闪存介质并重新确定变化数据的热度；响应于变化数据被确定为温数据并且再次发生覆盖写，而将变化数据覆盖作为温数据写入高性能闪存介质。
下面根据具体实施例进一步阐述本发明的具体实施方式。
在SSD的设计与实现中，不是简单的搭载一种NAND，而是需要搭载多种NAND，当前较为常用的有SLC NAND(高性能)、TLC NAND(均衡)、QLC NAND(高容量)。使用不同种类的NAND，保存不同属性(热度)的用户数据，将各种NAND的优势发挥出来，并通过SSD固件的处理协调数据在不同种类NAND中的保存来弥补缺陷。
关于冷热数据的区分，本发明实施例包括基于host(主机)下发冷热程度的方式各通过SSD固件内部判断逻辑的方式；在SSD内部将用户数据的冷热程度分为多个等级及冷热比例，等级数及比例可以根据实际的需要进行设置，或者开启自动调整策略。
在host方式中，SSD提供必要的接口提供给host，同时提供冷热数据比例设置接口，即通过用户接口的方式将host已知的冷热数据信息与SSD进行沟通，以方便host在已经获得数据冷热信息时使用。在内部处理方式中，SSD在host不进行配置的情况进行自动调整，通过SSD内部分析来获取数据的冷热信息。这样SSD无论是通过host配置的方式还是内部分析的方式都可以获取用户数据的热度(冷热程度/冷热信息)。
通过已经获取到的数据冷热信息，可能需要将部分QLC NAND模拟成为TLC NAND或者SLC NAND来使用，因为数据冷热信息是可变的，但是在SSD生产中各种NAND的比例是确定的，为了能够动态冷热信息变化的需求，所以SSD内部需要有动态的NAND类型转换。
上述NAND类型转换发生在用户修改了数据冷热信息，或者SSD采集的信息发生较大变化时，将重新根据热度确定写入位置。
当SSD收到热数据写入时，将其写入SLC NAND中，热数据通常具有总量少、快速、频繁写入的特性，所有使用高性能和高寿命的SLC NAND保存；当温数据写入时，将其写入TLCNAND中，温数据通常具有中等量，低频写入的特性，所以将其保存到TLC NAND中；当冷数据写入时，将其写入QLC NAND中，数据通常具有量大、极低写入频率的特征，所以充分发挥QLCNAND容量大的特性。
另外，冷数据写入频率非常低，但是可能在短时间内可能会有大量写入，同样需要高性能的支持，当SSD处理冷数据保存时出现写入请求阻塞的情况时，将开启部分TLC NAND用于保存冷数据，以提高写入速度。
在SSD自动检测数据冷热属性的过程中，对于未知属性的数据优先将其写入到SLCNAND中，由于数据的持续写入，SLC NAND将容量不足触发垃圾回收。在垃圾回收过程中再次分析数据冷热属性，冷热属性暂时确定为冷数据或者温数据后，将其放入TLC NAND中。
进一步地，在TLC NAND的垃圾回收中，当数据被连续两次被判定为冷数据时才将其写入到QLC数据中，并确定冷热属性；当此类数据再次发生覆盖写时，需要将其先写入TLCNAND中，重新进行温数据到冷数据的判定。如果判定为温数据且写入TLC NAND后再发生覆盖写，将数据写入到SLC NAND中，但标记为温数据。
从上述实施例可以看出，本发明实施例提供的数据存储方法，通过接收写入固态硬盘的数据，并从主机获取数据的热度或由固态硬盘基于固件内部逻辑确定数据的热度；读取固态硬盘的冷热数据比例配置，并基于数据的热度和冷热数据比例配置而将数据确定为热数据、温数据、或冷数据；将热数据写入固态硬盘的高性能闪存介质，并响应于高性能闪存介质已满或写入请求阻塞而将热数据写入固态硬盘的均衡闪存介质；将冷数据写入固态硬盘的高容量闪存介质，并响应于高容量闪存介质已满或写入请求阻塞而将冷数据写入固态硬盘的均衡闪存介质的技术方案，能够使用不同类型的闪存介质选择性的保存不同数据，同时提高硬盘的容量和性能。
需要特别指出的是，上述数据存储方法的各个实施例中的各个步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换之于数据存储方法也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在所述实施例之上。
基于上述目的，本发明实施例的第二个方面，提出了一种同时提高硬盘的容量和性能的数据存储***的一个实施例。数据存储***包括：
处理器；和
存储器，存储有处理器可运行的程序代码，程序代码在被运行时执行以下步骤：
接收写入固态硬盘的数据，并从主机获取数据的热度或由固态硬盘基于固件内部逻辑确定数据的热度；
读取固态硬盘的冷热数据比例配置，并基于数据的热度和冷热数据比例配置而将数据确定为热数据、温数据、或冷数据；
将热数据写入固态硬盘的高性能闪存介质，并响应于高性能闪存介质已满或写入请求阻塞而将热数据写入固态硬盘的均衡闪存介质；
将冷数据写入固态硬盘的高容量闪存介质，并响应于高容量闪存介质已满或写入请求阻塞而将冷数据写入固态硬盘的均衡闪存介质。
在一些实施方式中，步骤还包括：响应于高性能闪存介质已满而执行垃圾回收以重新确定高性能闪存介质中数据的热度，并将被确定为是温数据或冷数据的数据转移到均衡闪存介质。
在一些实施方式中，步骤还包括：响应于均衡闪存介质已满而执行垃圾回收以重新确定均衡闪存介质中数据的热度，并将在连续两次垃圾回收中都被确定为是冷数据的数据作为变化数据转移到高容量闪存介质；响应于变化数据发生覆盖写，而将变化数据覆盖写入均衡闪存介质并重新确定变化数据的热度；响应于变化数据被确定为温数据并且再次发生覆盖写，而将变化数据覆盖作为温数据写入高性能闪存介质。
从上述实施例可以看出，本发明实施例提供的***，通过接收写入固态硬盘的数据，并从主机获取数据的热度或由固态硬盘基于固件内部逻辑确定数据的热度；读取固态硬盘的冷热数据比例配置，并基于数据的热度和冷热数据比例配置而将数据确定为热数据、温数据、或冷数据；将热数据写入固态硬盘的高性能闪存介质，并响应于高性能闪存介质已满或写入请求阻塞而将热数据写入固态硬盘的均衡闪存介质；将冷数据写入固态硬盘的高容量闪存介质，并响应于高容量闪存介质已满或写入请求阻塞而将冷数据写入固态硬盘的均衡闪存介质的技术方案，能够使用不同类型的闪存介质选择性的保存不同数据，同时提高硬盘的容量和性能。
需要特别指出的是，上述***的实施例采用了所述数据存储方法的实施例来具体说明各模块的工作过程，本领域技术人员能够很容易想到，将这些模块应用到所述数据存储方法的其他实施例中。当然，由于所述数据存储方法实施例中的各个步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换之于所述***也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在所述实施例之上。
以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种数据存储方法，其特征在于，包括执行以下步骤：
接收写入固态硬盘的数据，并从主机获取所述数据的热度或由所述固态硬盘基于固件内部逻辑确定所述数据的热度；
读取所述固态硬盘的冷热数据比例配置，并基于所述数据的热度和所述冷热数据比例配置而将所述数据确定为热数据、温数据、或冷数据；
将所述热数据写入所述固态硬盘的高性能闪存介质，并响应于所述高性能闪存介质已满或写入请求阻塞而将所述热数据写入所述固态硬盘的均衡闪存介质；
将所述冷数据写入所述固态硬盘的高容量闪存介质，并响应于所述高容量闪存介质已满或写入请求阻塞而将所述冷数据写入所述固态硬盘的均衡闪存介质。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从主机获取所述数据的热度包括：通过主机接口从主机直接采集所述数据的热度；
所述方法还包括：通过所述主机接口从所述主机接收修改所述冷热数据比例配置的指令并进行对应修改。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由所述固态硬盘基于固件内部逻辑确定所述数据的热度包括：
响应于未能从主机获取所述热度，而使用所述固件内部逻辑对所述数据执行内部分析以确定所述热度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：将所述热数据写入所述固态硬盘的均衡闪存介质时，使被所述热数据占用的所述均衡闪存介质模拟所述高性能闪存介质直到所述热数据被释放；将所述冷数据写入所述固态硬盘的均衡闪存介质时，使被所述冷数据占用的所述均衡闪存介质模拟所述高容量闪存介质直到所述冷数据被释放。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：响应于所述高性能闪存介质已满而执行垃圾回收以重新确定所述高性能闪存介质中所述数据的所述热度，并将被确定为是温数据或冷数据的所述数据转移到所述均衡闪存介质。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：响应于所述均衡闪存介质已满而执行垃圾回收以重新确定所述均衡闪存介质中所述数据的所述热度，并将在连续两次垃圾回收中都被确定为是冷数据的所述数据作为变化数据转移到所述高容量闪存介质。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：响应于所述变化数据发生覆盖写，而将所述变化数据覆盖写入所述均衡闪存介质并重新确定所述变化数据的热度；响应于所述变化数据被确定为温数据并且再次发生覆盖写，而将所述变化数据覆盖作为温数据写入所述高性能闪存介质。
8.一种数据存储***，其特征在于，包括：
处理器；和
存储器，存储有所述处理器可运行的程序代码，所述程序代码在被运行时执行以下步骤：
接收写入固态硬盘的数据，并从主机获取所述数据的热度或由所述固态硬盘基于固件内部逻辑确定所述数据的热度；
读取所述固态硬盘的冷热数据比例配置，并基于所述数据的热度和所述冷热数据比例配置而将所述数据确定为热数据、温数据、或冷数据；
将所述热数据写入所述固态硬盘的高性能闪存介质，并响应于所述高性能闪存介质已满或写入请求阻塞而将所述热数据写入所述固态硬盘的均衡闪存介质；
将所述冷数据写入所述固态硬盘的高容量闪存介质，并响应于所述高容量闪存介质已满或写入请求阻塞而将所述冷数据写入所述固态硬盘的均衡闪存介质。
9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述步骤还包括：响应于所述高性能闪存介质已满而执行垃圾回收以重新确定所述高性能闪存介质中所述数据的所述热度，并将被确定为是温数据或冷数据的所述数据转移到所述均衡闪存介质。
10.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述步骤还包括：响应于所述均衡闪存介质已满而执行垃圾回收以重新确定所述均衡闪存介质中所述数据的所述热度，并将在连续两次垃圾回收中都被确定为是冷数据的所述数据作为变化数据转移到所述高容量闪存介质；响应于所述变化数据发生覆盖写，而将所述变化数据覆盖写入所述均衡闪存介质并重新确定所述变化数据的热度；响应于所述变化数据被确定为温数据并且再次发生覆盖写，而将所述变化数据覆盖作为温数据写入所述高性能闪存介质。
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|---|---|---|---|---|
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN107908367A (zh) * | 2017-11-16 | 2018-04-13 | 郑州云海信息技术有限公司 | 存储***中数据存储的方法、装置、设备及存储介质 |
| CN107967121A (zh) * | 2017-10-25 | 2018-04-27 | 华为技术有限公司 | 数据写入方法和存储设备 |
| CN109542358A (zh) * | 2018-12-03 | 2019-03-29 | 浪潮电子信息产业股份有限公司 | 一种固态硬盘冷热数据分离方法、装置及设备 |
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2021
- 2021-01-24 CN CN202110092469.2A patent/CN112783448B/zh active Active
Patent Citations (3)
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| CN107908367A (zh) * | 2017-11-16 | 2018-04-13 | 郑州云海信息技术有限公司 | 存储***中数据存储的方法、装置、设备及存储介质 |
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| CN114296644A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-04-08 | 合肥大唐存储科技有限公司 | 一种固态硬盘的数据管理方法和装置 |
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