CN113076062B - 一种提升qlcssd寿命的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种提升QLCSSD寿命的方法和设备，该方法包括：响应于接收到写数据的指令，将待写入的数据写入到预设缓存中并将元数据存储到预设缓存中；响应于达到预设下刷条件，基于元数据的信息获取预设缓存中存储的非连续数据；将非连续数据合并成连续数据后下刷到QLCSSD中并更新预设缓存中存储的元数据。通过使用本发明的方案，能够提高QLCSSD的寿命，可以有效降低产品成本，提升产品竞争力。

Description

一种提升QLCSSD寿命的方法和设备
技术领域
本领域涉及计算机领域，并且更具体地涉及一种提升QLCSSD寿命的方法和设备。
背景技术
当前在分布式存储中，大量使用SSD(固态硬盘)作为写缓存，当使用SSD作为写缓存时会有大量数据的随机写入。除了数据写入SSD之外，元数据也会存入SSD中，这就势必造成更多的随机数据写入。由于SSD的介质特性，在进行随机写入时需要先对数据进行擦除然后再写入，这个过程会带来垃圾回收和数据的搬迁，使得整体SSD的写放大变大，最终导致SSD的寿命受到影响。
QLC(Quad-Level Cell，每个单元存储4bit数据)SSD每日整盘写入次数很小，但是容量较大，该特性导致QLCSSD的使用寿命较短，如果QLCSSD的寿命不能覆盖用户的质保期，会导致QLCSSD的提前更换，导致产品成本升高。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种提升QLCSSD寿命的方法和设备，通过使用本发明的技术方案，能够提高QLCSSD的寿命，可以有效降低产品成本，提升产品竞争力。
基于上述目的，本发明的实施例的一个方面提供了一种提升QLCSSD寿命的方法，包括以下步骤：
响应于接收到写数据的指令，将待写入的数据写入到预设缓存中并将元数据存储到预设缓存中；
响应于达到预设下刷条件，基于元数据的信息获取预设缓存中存储的非连续数据；
将非连续数据合并成连续数据后下刷到QLCSSD中并更新预设缓存中存储的元数据。
根据本发明的一个实施例，还包括：
每经过预设时间计算QLCSSD中每个数据块的垃圾数据的连续率，并将垃圾数据的连续率与连续率阈值进行比较；
响应于扫描到的垃圾数据的连续率大于连续率阈值，将垃圾数据的连续率大于连续率阈值的数据块中的有效数据存储到预设缓存中后将数据块标记为空闲数据块。
根据本发明的一个实施例，还包括：
计算QLCSSD中空闲数据块的比例并将比例与阈值比例进行比较；
响应于计算得到的比例小于阈值比例，计算每个数据块中垃圾数据的连续率；
将连续率由大到小进行排列，并将排列中排名靠前的阈值数量的数据块中的有效数据存储到预设缓存中后将阈值数量的数据块标记为空闲数据块。
根据本发明的一个实施例，还包括：
响应于达到预设下刷条件，基于元数据的信息获取预设缓存中存储的连续数据，并将连续数据下刷到QLCSSD中。
根据本发明的一个实施例，下刷条件包括预设缓存的存储量达到60％。
根据本发明的一个实施例，预设缓存包括非易失内存介质3D Xpoint(是Intel、美光联合研发的新型非易失性存储架构)。
根据本发明的一个实施例，还包括：
判断待写入的数据是否写入过并存在于预设缓存中；
响应于待写入的数据写入过并存在于预设缓存中，更新预设缓存中存储的数据内容并更新元数据的校验值。
本发明的实施例的另一个方面，还提供了一种提升QLCSSD寿命的设备，设备包括：
存储模块，存储模块配置为响应于接收到写数据的指令，将待写入的数据写入到预设缓存中并将元数据存储到预设缓存中；
获取模块，获取模块配置为响应于达到预设下刷条件，基于元数据的信息获取预设缓存中存储的非连续数据；
下刷模块，下刷模块配置为将非连续数据合并成连续数据后下刷到QLCSSD中并更新预设缓存中存储的元数据。
根据本发明的一个实施例，还包括比较模块，比较模块配置为：
每经过预设时间计算QLCSSD中每个数据块的垃圾数据的连续率，并将垃圾数据的连续率与连续率阈值进行比较；
响应于扫描到的垃圾数据的连续率大于连续率阈值，将垃圾数据的连续率大于连续率阈值的数据块中的有效数据存储到预设缓存中后将数据块标记为空闲数据块。
根据本发明的一个实施例，还包括计算模块，计算模块配置为：
计算QLCSSD中空闲数据块的比例并将比例与阈值比例进行比较；
响应于计算得到的比例小于阈值比例，计算每个数据块中垃圾数据的连续率；
将连续率由大到小进行排列，并将排列中排名靠前的阈值数量的数据块中的有效数据存储到预设缓存中后将阈值数量的数据块标记为空闲数据块。
本发明具有以下有益技术效果：本发明实施例提供的提升QLCSSD寿命的方法，通过响应于接收到写数据的指令，将待写入的数据写入到预设缓存中并将元数据存储到预设缓存中；响应于达到预设下刷条件，基于元数据的信息获取预设缓存中存储的非连续数据；将非连续数据合并成连续数据后下刷到QLCSSD中并更新预设缓存中存储的元数据的技术方案，能够提高QLCSSD的寿命，可以有效降低产品成本，提升产品竞争力。
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实施例。
图1为根据本发明一个实施例的提升QLCSSD寿命的方法的示意性流程图；
图2为根据本发明一个实施例的提升QLCSSD寿命的设备的示意图。
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。
基于上述目的，本发明的实施例的第一个方面，提出了一种提升QLCSSD寿命的方法的一个实施例。图1示出的是该方法的示意性流程图。
如图1中所示，该方法可以包括以下步骤：
S1响应于接收到写数据的指令，将待写入的数据写入到预设缓存中并将元数据存储到预设缓存中，该预设缓存可以是新的非易失内存介质3DXpoint，也可以是具有操作单元小，寿命长特性的其他的非易失内存介质，这种介质可以降低写入时延，提升写入性能稳定性，当有数据要写入QLCSSD时，先将待写入的数据存储到该预设缓存中，并将数据的元数据也保存在该预设缓存中，在元数据中需要记录数据的修改时间，存储位置等信息；
S2响应于达到预设下刷条件，基于元数据的信息获取预设缓存中存储的非连续数据，提前预设下刷条件，该下刷条件可以设置成如果该预设缓存中的存储容量达到了预设缓存的60％(可以修改)则进行一次下刷，该下刷条件还可以设置成每经过一定的时间下刷一次，时间优先设置为2个小时，满足以上任意一个条件则下刷一次，数据下刷时将数据内容刷写到QLCSSD中，预设缓存中不保存已经下刷的数据内容，但是数据的元数据不写入到QLCSSD中，元数据还保存在预设缓存中的相同位置，但是需要更新元数据对应的内容，比如数据存储位置等，在预设缓存中存储的数据包括连续数据和非连续数据，连续的数据可以直接下刷到QLCSSD中，但是非连续的数据需要进行处理；
S3将非连续数据合并成连续数据后下刷到QLCSSD中并更新预设缓存中存储的元数据，非连续的数据也就是不连续的小IO，根据元数据的内容可以获取到这些不连续的小IO，将这些不连续的小IO通过聚合算法合并成一个连续的IO后下刷到QLCSSD中，这样处理可以降低QLCSSD的写放大，减少QLCSSD数据读写次数，提高QLCSSD的寿命。
通过本发明的技术方案，能够提高QLCSSD的寿命，可以有效降低产品成本，提升产品竞争力。
在本发明的一个优选实施例中，还包括：
每经过预设时间计算QLCSSD中每个数据块的垃圾数据的连续率，并将垃圾数据的连续率与连续率阈值进行比较；
响应于扫描到的垃圾数据的连续率大于连续率阈值，将垃圾数据的连续率大于连续率阈值的数据块中的有效数据存储到预设缓存中后将数据块标记为空闲数据块。QLCSSD中的每个数据块都会产生垃圾数据，每经过一个设定的时间计算每个数据块中的垃圾数据的连续率，如果连续率超过了预设的连续率阈值，则触发垃圾数据回收操作，垃圾数据回收时，将该数据块中的有效数据读取出来，然后存储到预设缓存中并同时更新元数据的信息，将该数据块中的数据进行清除后标记为空闲数据块以存储其他的数据，这些有效数据在预设缓存的下一次数据下刷时重新根据上述规则下刷到QLCSSD中。在一些实施例中，预设的连续率阈值设定为85％。
在本发明的一个优选实施例中，还包括：
计算QLCSSD中空闲数据块的比例并将比例与阈值比例进行比较；
响应于计算得到的比例小于阈值比例，计算每个数据块中垃圾数据的连续率；
将连续率由大到小进行排列，并将排列中排名靠前的阈值数量的数据块中的有效数据存储到预设缓存中后将阈值数量的数据块标记为空闲数据块。该阈值比例可以设定为5％，如果空闲数据块的比例小于该阈值比例则触发QLCSSD的垃圾数据的回收。首先计算每个数据块中的垃圾数据的连续率，然后将连续率由大到小排列，然后将连续率高的数据块中的垃圾数据进行回收，连续率越高则需要进行读取的数据越少，例如，阈值数据可以设定为10，那么连续率前10的数据块中的垃圾数据需要进行回收，将这10个数据块中的有效数据读取出来，然后存储到预设缓存中并同时更新元数据的信息，将这10个数据块中的数据进行清除后标记为空闲数据块以存储其他的数据，这些有效数据在预设缓存的下一次数据下刷时重新根据上述规则下刷到QLCSSD中。
在本发明的一个优选实施例中，还包括：
响应于达到预设下刷条件，基于元数据的信息获取预设缓存中存储的连续数据，并将连续数据下刷到QLCSSD中。下刷数据时，根据元数据中的信息可以获取到预设缓存中存储的连续数据，连续数据可以直接下刷到QLCSSD中。
在本发明的一个优选实施例中，下刷条件包括预设缓存的存储量达到60％。下刷条件还可以设定成时间，也就是每间隔该时间进行下刷一次，该时间优选为2小时。
在本发明的一个优选实施例中，预设缓存包括非易失内存介质3DXpoint。也可以是具有操作单元小，寿命长特性的其他的非易失内存介质，这种介质可以降低写入时延，提升写入性能稳定性。
在本发明的一个优选实施例中，还包括：
判断待写入的数据是否写入过并存在于预设缓存中；
响应于待写入的数据写入过并存在于预设缓存中，更新预设缓存中存储的数据内容并更新元数据的校验值。
在数据读取时，根据元数据中的信息判断待读取的数据存储的位置，如果只存储在预设缓存中，则从预设缓存中读取，如果只存储在QLCSSD中，则从QLCSSD中读取，如果预设缓存和QLCSSD中各存储一部分，则从预设缓存和QLCSSD中同时读取。
通过本发明的技术方案，能够提高QLCSSD的寿命，可以有效降低产品成本，提升产品竞争力。
需要说明的是，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，上述的程序可存储于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。其中存储介质可为磁碟、光盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)或随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)等。上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。
此外，根据本发明实施例公开的方法还可以被实现为由CPU执行的计算机程序，该计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中。在该计算机程序被CPU执行时，执行本发明实施例公开的方法中限定的上述功能。
基于上述目的，本发明的实施例的第二个方面，提出了一种提升QLCSSD寿命的设备，如图2所示，设备200包括：
存储模块，存储模块配置为响应于接收到写数据的指令，将待写入的数据写入到预设缓存中并将元数据存储到预设缓存中；
获取模块，获取模块配置为响应于达到预设下刷条件，基于元数据的信息获取预设缓存中存储的非连续数据；
下刷模块，下刷模块配置为将非连续数据合并成连续数据后下刷到QLCSSD中并更新预设缓存中存储的元数据。
在本发明的一个优选实施例中，还包括比较模块，比较模块配置为：
每经过预设时间计算QLCSSD中每个数据块的垃圾数据的连续率，并将垃圾数据的连续率与连续率阈值进行比较；
响应于扫描到的垃圾数据的连续率大于连续率阈值，将垃圾数据的连续率大于连续率阈值的数据块中的有效数据存储到预设缓存中后将数据块标记为空闲数据块。
在本发明的一个优选实施例中，还包括计算模块，计算模块配置为：
计算QLCSSD中空闲数据块的比例并将比例与阈值比例进行比较；
响应于计算得到的比例小于阈值比例，计算每个数据块中垃圾数据的连续率；
将连续率由大到小进行排列，并将排列中排名靠前的阈值数量的数据块中的有效数据存储到预设缓存中后将阈值数量的数据块标记为空闲数据块。
上述实施例，特别是任何“优选”实施例是实现的可能示例，并且仅为了清楚地理解本发明的原理而提出。可以在不脱离本文所描述的技术的精神和原理的情况下对上述实施例进行许多变化和修改。所有修改旨在被包括在本公开的范围内并且由所附权利要求保护。

Claims (8)

1.一种提升QLCSSD寿命的方法，其特征在于，包括以下步骤：
响应于接收到写数据的指令，将待写入的数据写入到预设缓存中并将元数据存储到所述预设缓存中；
响应于达到预设下刷条件，基于所述元数据的信息获取所述预设缓存中存储的非连续数据；
将所述非连续数据合并成连续数据后下刷到所述QLCSSD中并更新所述预设缓存中存储的所述元数据；
每经过预设时间计算所述QLCSSD中每个数据块的垃圾数据的连续率，并将垃圾数据的连续率与连续率阈值进行比较；
响应于扫描到的垃圾数据的连续率大于所述连续率阈值，将垃圾数据的连续率大于所述连续率阈值的数据块中的有效数据存储到所述预设缓存中后将所述数据块标记为空闲数据块。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
计算所述QLCSSD中空闲数据块的比例并将所述比例与阈值比例进行比较；
响应于计算得到的比例小于所述阈值比例，计算每个数据块中垃圾数据的连续率；
将所述连续率由大到小进行排列，并将所述排列中排名靠前的阈值数量的数据块中的有效数据存储到所述预设缓存中后将所述阈值数量的数据块标记为空闲数据块。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
响应于达到预设下刷条件，基于所述元数据的信息获取所述预设缓存中存储的连续数据，并将所述连续数据下刷到所述QLCSSD中。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述下刷条件包括所述预设缓存的存储量达到60％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设缓存包括非易失内存介质3DXpoint。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
判断所述待写入的数据是否写入过并存在于所述预设缓存中；
响应于所述待写入的数据写入过并存在于所述预设缓存中，更新所述预设缓存中存储的数据内容并更新所述元数据的校验值。
7.一种提升QLCSSD寿命的设备，其特征在于，所述设备包括：
存储模块，所述存储模块配置为响应于接收到写数据的指令，将待写入的数据写入到预设缓存中并将元数据存储到所述预设缓存中；
获取模块，所述获取模块配置为响应于达到预设下刷条件，基于所述元数据的信息获取所述预设缓存中存储的非连续数据；
下刷模块，所述下刷模块配置为将所述非连续数据合并成连续数据后下刷到所述QLCSSD中并更新所述预设缓存中存储的所述元数据；
比较模块，所述比较模块配置为每经过预设时间计算所述QLCSSD中每个数据块的垃圾数据的连续率，并将垃圾数据的连续率与连续率阈值进行比较；
响应于扫描到的垃圾数据的连续率大于所述连续率阈值，将垃圾数据的连续率大于所述连续率阈值的数据块中的有效数据存储到所述预设缓存中后将所述数据块标记为空闲数据块。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，还包括计算模块，所述计算模块配置为：
计算所述QLCSSD中空闲数据块的比例并将所述比例与阈值比例进行比较；
响应于计算得到的比例小于所述阈值比例，计算每个数据块中垃圾数据的连续率；
将所述连续率由大到小进行排列，并将所述排列中排名靠前的阈值数量的数据块中的有效数据存储到所述预设缓存中后将所述阈值数量的数据块标记为空闲数据块。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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