TW201413451A - 非揮發性記憶體的資料收集方法 - Google Patents

Abstract

一種非揮發性記憶體的資料收集方法，該非揮發性記憶體包含複數資料區塊，且每一資料區塊包含複數資料頁。記錄一時間標記，其相關於非揮發性記憶體的寫入資料。根據儲存於複數不同資料頁的複數寫入資料之相關時間標記，自複數不同資料頁分別搬移複數寫入資料至第一資料區塊。

Description

非揮發性記憶體的資料收集方法

本發明係有關一種非揮發性記憶體，特別是關於一種非揮發性記憶體的資料收集方法。

快閃記憶體為一種非揮發性固態記憶體裝置，可以電氣方式進行資料的抹除及寫入。如第一圖所示，快閃記憶體通常會有資料分段（fragmentation）情形，特別是安裝有作業系統的快閃記憶體固態硬碟（SSD）中，主機的檔案系統無法分配連續空間給資料，而是分配具間隔的斷續空間給資料，該些斷續空間的先前資料已被刪除或被無效（invalid）。資料分段會降低快閃記憶體的存取效率。

快閃記憶體執行讀寫的單位為資料頁（page），而執行抹除則使用較大的單位稱為資料區塊（block）。由於快閃記憶體無法直接進行資料的覆蓋，因此，新資料必須先寫至未使用資料頁，並將原資料予以無效。當寫入資料至快閃記憶體時，通常使用快閃記憶體轉換層（FTL）於檔案系統和快閃記憶體之間，用以將檔案系統的邏輯位址轉換或映射至快閃記憶體的實體位址。再者，還使用空間回收（又稱為垃圾回收，garbage collection）機制，將待回收資料區塊當中儲存有效資料的資料頁遷移至一乾淨資料區塊，再抹除待回收資料區塊。

由於傳統空間回收機制並未考量資料的特性，所以回收效率不高。因此亟需提出一種新穎的機制，用以有效降低非揮發性記憶體（例如快閃記憶體）的資料分段現象。

鑑於上述，本發明實施例提出一種非揮發性記憶體的資料收集方法，用以增進或最佳化非揮發性記憶體之儲存空間的回收效能。

根據本發明實施例，非揮發性記憶體包含複數資料區塊，且每一資料區塊包含複數資料頁。記錄一時間標記，其相關於非揮發性記憶體的寫入資料。根據儲存於複數不同資料頁的複數寫入資料之相關時間標記，自複數不同資料頁分別搬移複數寫入資料至第一資料區塊。

第二A圖顯示本發明實施例的非揮發性記憶體200（簡稱記憶體），其可為快閃記憶體，但不限定於此。在本實施例中，記憶體200受控於記憶體控制器201，依資料頁層級（page-level）的映射方式，使用轉換層（例如快閃記憶體轉換層或FTL）進行邏輯位址至實體位址的轉換或映射。雖然本實施例以資料頁層級（例如16KB大小）作為例示，然而也可以使用其他層級，例如4KB大小的資料叢層級（cluster-level），或512B大小的資料區層級（sector-level）。

本實施例之記憶體200提供複數資料頁以儲存寫入資料。該些資料頁可配置成為複數資料頁群（group），分別分配以儲存資料。每一資料群可相當於一資料區塊；或者，每一資料群可包含至少一資料頁（例如採用資料叢層級的映射方式）。

在一實施例中，該些資料頁群分別被分配以儲存常修改小量資料、常修改大量資料、少修改小量資料、少修改大量資料及空間回收的有效資料，細節將於後續說明。上述空間回收的有效資料可為常讀取資料。上述小量資料或大量資料係與一預設值作比較而決定的。例如，小於或等於4KB的資料被決定為小量資料。在另一例子中，小於或等於一資料頁大小的資料被決定為小量資料。

第二B圖例示第二A圖之記憶體200的細節，其中，五資料頁群提供以儲存上述五類資料。一般來說，本實施例之記憶體200提供至少一資料頁群以儲存一類的資料。

第三圖顯示本發明實施例之非揮發性記憶體200的資料收集方法的流程圖。於步驟31，來自主機202而待寫入記憶體200的寫入資料儲存於資料頁群之一，且記錄相關於寫入資料的時間標記（timestamp）。根據本實施例的特徵之一，時間標記可用以決定資料是否經常修改。一般來說，二連續時間標記若位於一預設範圍內，則相關資料即被決定為常修改資料或熱資料。例如，先前寫入資料的時間標記與目前修改資料（亦即，更新先前寫入資料）的時間標記兩者位於一預設範圍內，則相關資料即被決定為熱（常修改）資料，且必須儲存於相關資料頁群，例如熱資料頁群；否則，該資料必須儲存於冷（少修改）資料頁群。上述時間標記可經查詢一表格而得。

如第二B圖所示，若資料頁群的大小相當於一資料區塊，則該資料頁群可用以儲存資料區塊的相應資料。當資料頁群的儲存空間不足時，記憶體控制器201會分配一新資料頁群（例如包含至少一資料頁或資料區塊）用以儲存寫入資料，而原來不足儲存空間的資料頁群則作為一資料區塊。

於操作一段時間後，記憶體200可能遭遇儲存空間不夠的情形，例如當未使用空間少於一預設值時。此時，記憶體200須藉由空間回收程序以回收儲存空間，將有效資料移位並抹除無效資料，因而釋放出儲存空間以儲存資料。

接下來，於步驟32，當記憶體200的未使用儲存空間少於預設值時，記憶體控制器201可藉由移動有效資料並抹除至少一資料區塊，因而將無效資料的儲存空間予以回收。接著，於步驟33，資料頁群或/且資料區塊的有效資料根據相關的時間標記而被搬移至回收儲存空間，使得相近或相鄰時間標記的有效資料被置於相同資料區塊。例如，就檔案系統的觀點而言，相近或相鄰時間標記的二資料頁可能互有關連而為同一檔案，因此，該二資料頁被搬移至同一資料區塊。藉此，當該些資料將來被檔案系統刪除而變為無效時，即可同時被回收，因而降低資料頁移動所需的時間，還可能抹除整個資料區塊而無須進行有效資料的移位，因而增進空間回收的效能。

第四圖顯示本發明特定實施例中第三圖之步驟31的詳細流程圖。在本實施例中，如第二B圖所例示，記憶體200經配置而為至少一資料頁群。根據實施例的另一特徵，當待修改資料已儲存於資料頁群，則相應資料即決定為熱資料；否則，相應資料即決定為冷資料。如第五圖所例示，自主機202寫入的資料可分類為以下至少五類：(1)少修改（或僅寫入一次）資料，於最近被寫入記憶體200之後，其讀取次數多於預設次數；(2)熱的大量資料，其資料量大（亦即，資料大小大於或等於一預設值），且相應待修改資料存在於資料頁群（亦即，其為熱資料）；(3)冷的大量資料，其資料量大，且相應待修改資料不存在於資料頁群（亦即，其為冷資料）；(4)熱的小量資料，其資料量小（亦即，資料大小小於一預設值），且相應待修改資料存在於資料頁群；(5) 冷的小量資料，其資料量小，且相應待修改資料不存在於資料頁群。

如第四圖所示，於步驟311，針對即將儲存至相應資料頁群的寫入（或修改）資料，決定相應被修改資料（例如與寫入資料具有相同的邏輯區塊位置（LBA））是否存在於資料頁群。若相應待修改資料位於資料區塊，則寫入資料即被決定為冷資料，並被暫存於冷資料頁群（步驟312A）。特別的是，寫入資料根據其資料大小，而儲存於冷的大量資料頁群或者冷的小量資料頁群。若相應待修改資料位於冷的資料頁群，則寫入資料即被決定為熱資料，並被暫存於熱資料頁群（步驟312B）。特別的是，寫入資料根據其資料大小，而儲存於熱的大量資料頁群或者熱的小量資料頁群。若相應待修改資料位於熱的資料頁群，則寫入資料即被決定為熱資料，並被暫存於熱資料頁群（步驟312C）。特別的是，寫入資料根據其資料大小，而儲存於熱的大量資料頁群或者熱的小量資料頁群。在本實施例中，長度小於一預設長度的寫入資料（例如第4類資料）共同地儲存於熱的小量資料頁群，可增進步驟33（第三圖）的效能。

第六圖顯示本發明特定實施例中第三圖之步驟33的詳細流程圖。於步驟331，根據相關的讀取次數，選擇性將資料搬移至資料區塊，該讀取次數係於讀取資料時隨時被紀錄，並於搬移資料時作為參考。特別的是，根據資料頁群的待搬移資料以及資料區塊的資料兩者的讀取次數，以進行資料的搬移，其中兩者的讀取次數皆大於一預設值。於步驟332，根據相關的資料長度，選擇性將資料搬移至資料區塊。特別的是，根據資料頁群的待搬移資料以及資料區塊的資料兩者的讀取長度，以進行資料的搬移。於步驟333，根據相關的時間標記，將資料搬移至資料區塊。特別的是，根據資料頁群的待搬移資料以及資料區塊的資料兩者的時間標記，以進行資料的搬移，其中兩者的時間標記相近或相鄰。雖然第六圖的流程使用讀取次數、資料長度及時間標記以收集有效資料，然而，一般來說，使用該些參數的至少一個以收集有效資料，用以最佳化回收及釋放儲存空間的效能。

在一實施例中，分配複數原資料頁以提供至少一第一資料頁群，用以儲存原寫入資料，並儲存相關的時間標記。接下來，分配複數新資料頁至第一資料頁群，用以儲存新寫入資料，而該些原資料頁重新分配至第二資料頁。最後，原寫入資料儲存於第二資料頁群；再根據原寫入資料及新寫入資料兩者的相關時間標記，將儲存於第一資料頁群的新寫入資料搬移至第三資料頁群。再者，根據寫入資料的相關時間標記，將儲存於該些第二資料頁群的寫入資料搬移至第三資料頁群。

在另一實施例中，紀錄寫入資料相關的讀取次數。接下來，根據第一資料頁群的寫入資料及第二資料頁群的寫入資料兩者的讀取次數，將複數寫入資料搬移至第三資料頁群，其中兩個讀取次數皆大於一預設值。

在又一實施例中，決定寫入資料的資料長度。根據第一資料頁群的寫入資料及第二資料頁群的寫入資料兩者的資料長度，將複數寫入資料搬移至第三資料頁群，其中兩個資料長度皆小於一預設值。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

200．．．記憶體

201．．．記憶體控制器

202．．．主機

31．．．儲存資料及時間標記

311．．．判定資料頁群/資料區塊

312A．．．儲存於冷的資料頁群

312B．．．儲存於熱的資料頁群

312C．．．儲存於熱的資料頁群

32．．．回收儲存區域的儲存空間

33．．．根據時間標記搬移資料至儲存區域

331．．．根據讀取次數以搬移資料

332．．．根據資料長度以搬移資料

333．．．根據時間標記以搬移資料

第一圖顯示傳統快閃記憶體的資料分段。第二A圖顯示本發明實施例的非揮發性記憶體。第二B圖例示第二A圖之記憶體的細節。第三圖顯示本發明實施例之非揮發性記憶體的資料收集方法的流程圖。第四圖顯示本發明特定實施例中第三圖之步驟31的詳細流程圖。第五圖顯示自主機寫入的五類資料。第六圖顯示本發明特定實施例中第三圖之步驟33的詳細流程圖。

31．．．儲存資料及時間標記

32．．．回收儲存區域的儲存空間

33．．．根據時間標記搬移資料至儲存區域

Claims (16)

1. 一種非揮發性記憶體的資料收集方法，該非揮發性記憶體包含複數資料區塊，每一該資料區塊包含複數資料頁，該方法包含：記錄一時間標記，其相關於該非揮發性記憶體的一寫入資料；及根據儲存於複數不同資料頁的複數寫入資料之相關時間標記，自該複數不同資料頁分別搬移該複數寫入資料至一第一資料區塊。
2. 根據申請專利範圍第1項所述非揮發性記憶體的資料收集方法，其中該非揮發性記憶體為快閃記憶體。
3. 根據申請專利範圍第1項所述非揮發性記憶體的資料收集方法，其中該寫入資料的搬移步驟係於空間回收的程序中執行。
4. 根據申請專利範圍第1項所述非揮發性記憶體的資料收集方法，於該寫入資料的搬移步驟中，搬移至該第一區塊的複數寫入資料，彼此的時間標記相近或相鄰。
5. 根據申請專利範圍第4項所述非揮發性記憶體的資料收集方法，更包含：紀錄一讀取次數，其與該寫入資料自該非揮發性記憶體被讀取相關；及自複數不同資料頁分別搬移複數寫入資料至一第二資料區塊，其中該複數寫入資料的相關讀取次數皆大於一預設值。
6. 一種非揮發性記憶體的資料收集方法，該非揮發性記憶體包含複數資料區塊，每一該資料區塊包含複數資料頁，該方法包含：分配複數原資料頁以提供至少一第一資料頁群，用以儲存一原寫入資料；儲存該原寫入資料及其相關時間標記；分配複數新資料頁至該第一資料頁，用以儲存一新寫入資料，且該複數原資料頁被重新方配為一第二資料頁群；及根據該寫入資料的相關時間標記，將儲存於該複數資料頁之該寫入資料搬移至一第三資料頁群。
7. 根據申請專利範圍第6項所述非揮發性記憶體的資料收集方法，其中該儲存原寫入資料的步驟包含：決定該寫入資料的相應待更新資料是否存在於該第一資料頁群、該第二資料頁群或該第三資料頁群。
8. 根據申請專利範圍第7項所述非揮發性記憶體的資料收集方法，當該待更新資料存在於該第二或第三資料頁群，則該寫入資料被決定為冷的資料。
9. 根據申請專利範圍第6項所述非揮發性記憶體的資料收集方法，其中該寫入資料搬移至第三資料頁群的步驟更包含：根據該原資料及新寫入資料的相關時間標記，將儲存於該第二資料頁群之原寫入資料及儲存於該第一資料頁群之新寫入資料搬移至該第三資料頁群。
10. 根據申請專利範圍第9項所述非揮發性記憶體的資料收集方法，其中將儲存於該第二資料頁群之原寫入資料及儲存於該第一資料頁群之新寫入資料搬移至該第三資料頁群的步驟更包含：紀錄一讀取次數，其相關於該寫入資料；及根據該第一資料頁群之寫入資料及該第二資料頁群之寫入資料兩者相關的讀取次數，搬移複數該寫入資料至該第三資料頁群，其中該二讀取次數皆大於一預設值。
11. 根據申請專利範圍第9項所述非揮發性記憶體的資料收集方法，其中將儲存於該第一資料頁群、該第二資料頁群之寫入資料搬移至該第三資料頁群的步驟更包含：決定該寫入資料的一資料長度；及根據該第一資料頁群之寫入資料及該第二資料頁群之寫入資料兩者相關的資料長度，搬移複數該寫入資料至該第三資料頁群，其中該二資料長度皆小於一預設值。
12. 根據申請專利範圍第6項所述非揮發性記憶體的資料收集方法，其中該寫入資料搬移至第三資料頁群的步驟更包含：根據該寫入資料的時間標記，搬移該複數第二資料頁群的寫入資料至該第三資料頁群。
13. 根據申請專利範圍第6項所述非揮發性記憶體的資料收集方法，其中該第三資料頁群為一空資料區塊。
14. 根據申請專利範圍第6項所述非揮發性記憶體的資料收集方法，其中該第一資料頁群、該第二資料頁群及該第三資料頁群分別具有資料區塊的大小。
15. 根據申請專利範圍第6項所述非揮發性記憶體的資料收集方法，其中該非揮發性記憶體為一快閃記憶體。
16. 根據申請專利範圍第6項所述非揮發性記憶體的資料收集方法，其中該寫入資料的搬移步驟係於空間回收的程序中執行。