TWI430175B - A fast switching method for hybrid storage devices - Google Patents

Description

應用於混合式儲存裝置之快速開關機方法

本發明係有關一種快速開關機的方法，特別是關於一種應用於混合式儲存裝置之快速開關機方法。

【先前技術】一般電腦系統的工作狀態，除了正在執行作業系統與各種應用程式的模式之外，更包含可節省電力之省電模式，尤其是筆記型電腦或平板電腦。電腦系統進入休眠之目的一方面為節省電能的消耗，另一方面則為能防止電腦系統因突然喪失電力資料的遺失與受損程度。

依據高等組態能源介面(Advanced Configuration & Power Interface，ACPI)的設計分類，最常見的休眠分為兩種型態，一種為Suspend To RAM(STR)模式，稱為S3狀態，S3狀態為只對部份的揮發性記憶體持續供電，包括視訊緩衝記憶體(Frame Buffer)與主記憶體(Main Memory)等，其餘部分一律斷電。S3狀態具有返回到全速運作的時間較快的優點。另一種休眠型態為spend To Disk(STD)模式，稱為S4狀態，S4狀態是將目前工作中的資料全部皆寫入到非揮發性記憶體內儲存，然後系統將全部斷電，S4的優點為其更為省電。

然而，承上所述之兩種休眠S3狀態與S4狀態，皆不盡完善；例如，在進入S3狀態後，仍需提供電力給電腦系統中揮發性記憶體，以維持系統儲存的狀態；若改採用S4狀態雖相較於S3狀態省電， 但返回至電腦系統全速運作的速度則相對於S3狀態緩慢許多。

有鑑於此，本發明係在針對上述先前技術中休眠狀態存在之缺失，提出一種應用於混合式儲存裝置之快速開關機的方法，以改善現有休眠狀態的缺失。

本發明之主要目的係在提出一種應用於混合式儲存裝置之快速開關機的方法，其係利用混合式儲存裝置的隨機存取特性與循序存取特性，將記憶體分頁分別存放於混合式儲存裝置中的不同儲存單元，使電腦系統於進入休眠時能夠減少目前記憶體使用量，進而增進電腦系統重新啟動至全速運作的反應效率。

為達到上述目的，本發明之快速開關機方法主要使用一混合式儲存裝置，其係包含有至少一可快速隨機存取之第一儲存單元以及至少一大容量的第二儲存單元，此快速開關機方法包括有下列步驟：在一電腦系統進入休眠時，對至少一主記憶體進行置換(swap-out)，將可置換的記憶體分頁儲存至第一儲存單元，以及將不可置換的記憶體分頁儲存至第一儲存單元或第二儲存單元之至少一休眠檔中；當電腦系統重新啟動後，電腦系統先讀取休眠檔，並將休眠檔回復儲存至主記憶體中；然後，再利用分頁技術或是需求分頁技術，至少自第一儲存單元中讀取記憶體分頁的資料，並將其載入至主記憶體中。

底下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

10‧‧‧電腦系統

12‧‧‧處理器

14‧‧‧主記憶體

16‧‧‧混合式儲存裝置

18‧‧‧第一儲存單元

182‧‧‧第一置換空間

184‧‧‧第一休眠檔

20‧‧‧第二儲存單元

202‧‧‧檔案系統

204‧‧‧第二置換空間

206‧‧‧第二休眠檔

第1圖為本發明使用之電腦系統的系統架構圖。

第2圖為本發明進行快速開關機之流程示意圖。

本發明提出一種應用於混合式儲存裝置之快速開關機的方法，其係可在電腦系統進入休眠時，利用混合式儲存裝置的設計，再搭配空白記憶體分頁可以依照其使用狀況寫入存取速度較快之儲存單元的主要特色，有效減少記憶體分頁存放至儲存裝置的數量，並同時加快電腦系統從休眠重新啟動至全速工作的速度。

在詳細說明本發明之快速開關機方法之前，將先詳述本發明所使用之電腦系統的系統架構圖，請參閱第1圖所示，此電腦系統10包含有一處理器12，例如微處理器或中央處理器(CPU)，以及至少一主記憶體與一混合式儲存裝置，處理器12可對主記憶體14及混合式儲存裝置16進行資料存取。其中，此混合式儲存裝置16包含有至少一可快速隨機存取之第一儲存單元18以及至少一第二儲存單元20，可快速隨機存取之第一儲存單元18係為快閃記憶體(Flash)或高速儲存裝置，第二儲存單元20則為磁碟機(hard disk)或低速儲存裝置，以利用快閃記憶體具有較為良好的隨機隨取特性，再搭配磁碟機較為便宜的儲存媒介。其中，第一儲存單元18除了包含了第一置換空間182，還包含第一休眠檔184；另外，此第一休眠檔184亦可為第一置換空間182的一部份。第二儲存單元20除了包含了主要的檔案系統202，更包含第二置換空間204以及第二休眠檔206；另外，第二休眠檔206亦可為檔案系統202或第二置換空間204的一部份。

接續請同時參閱第1圖的系統架構以及第2圖之流程圖來詳細說明本發明之快速開關機方法。如第1圖及第2圖所示，首先，如步驟 S10所示，於一電腦系統進入休眠時，電腦系統10之處理器12對主記憶體14進行置換(swap-out)，將主記憶體14中可置換的記憶體分頁儲存至第一儲存單元18中之第一置換空間182；以及將不可置換(non-swappable)的記憶體分頁儲存至混合儲存裝置16之至少一休眠檔中，即此電腦系統10可以依據第一休眠檔184及第二休眠檔206的循序寫入速度或可寫入次數，決定不可置換的記憶體分頁應該寫入到第一休眠檔184或第二休眠檔206，例如，不可置換的記憶體分頁係儲存在第一儲存單元18內之第一休眠檔184，或是儲存於第二儲存單元20內之第二休眠檔206，當然亦可同時儲存在第一休眠檔184及第二休眠檔206。在這個實施例中，第二儲存單元20(磁碟機)的隨機存取速度較低，而第一儲存單元18(快閃記憶體)的隨機存取速度很快，故於於循序存取速度方面，第一儲存單元18速度略快於第二儲存單元20，但快閃記憶體的寫入次數有限，因此電腦系統10可以依照設計目標，使用第一休眠檔184或第二休眠檔206，或者同時使用第一及第二休眠檔184、206，以藉由平行存取提升讀取休眠檔的速度。

再者，上述之可置換的記憶體分頁更可區分為空白記憶體分頁(clean pages)以及非空白記憶體分頁(dirty pages)；而在可置換的記憶體分頁中，非空白記憶體分頁或空白記憶體分頁係寫入至第一置換空間182；並將使用機率極低之非空白記憶體分頁則寫入至第二置換空間204或檔案系統202中；亦將使用機率極低之空白記憶體分頁係直接棄置不儲存，以節省儲存空間與時間。另外，在電腦系統10進入休眠時，更可將現在或未來可能常用到的記憶體分頁，自第二儲存單元20之第二置換空間204或檔案系統202中重新寫入至第一儲存單元18的第一置換空間182。甚至， 如果是現在或未來可能常用到的記憶體分頁，例如作業系統登入畫面，則可以在進行置換步驟之前，直接寫入主記憶體中儲存；而在置換步驟開始以後，此記憶體分頁因為是最近被使用過的記憶體分頁，將依照其特性(可置換或不可置換)被寫出到第一置換空間或第一休眠檔。當然，若是不重要的記憶體分頁，例如很少使用到的記憶體分頁，這些未來使用性不大的記憶體分頁如果是空白記憶體分頁則可直接捨棄不儲存；若是非空白記憶體分頁，則可依記憶體的特性(named page or anonymous pages)，選擇寫入至第二儲存單元20之第二置換空間204或檔案系統202中。

接著，如步驟S12所示重新啟動電腦系統10，此時，將依照電腦系統10關機休眠時所使用的休眠檔位置，使處理器12讀取第一休眠檔184或/及第二休眠檔206，並將休眠檔184/206回復儲存至主記憶體14中。

最後，如步驟S14所示，電腦系統10利用分頁技術(paging)或是需求分頁技術(demand paging)，主要至少自第一儲存單元18中之第一置換空間182讀取記憶體分頁的資料，並載入至主記憶體14中。當然，若記憶體分頁同時儲存在第一儲存單元18和第二儲存單元20中，則電腦系統10則分別從第一置換空間182、第二置換空間204、檔案系統202中載入所需的記憶體分頁等資料。如果所需之記憶體分頁存在多個副本於第一置換空間182、第二置換空間204或檔案系統202中，那麼電腦系統10將自這三個位置中挑選具有最新內容的記憶體分頁，並將此記憶體分頁載入到主記憶體14中，以進行正常操作。

本發明於電腦系統進入休眠時，電腦系統中可置換的記憶體分頁 (包含空白記憶體分頁及非空白記憶體分頁)，存放於第一置換空間(即快閃記憶體的置換空間)，由於這些記憶體分頁是目前使用者正在使用或過去一段時間曾經使用的記憶體分頁，因此在下次重新開機後，使用者也很可能再次使用到這些記憶體分頁；再加上快閃記憶體具有良好的隨機存取特性，而分頁機制及需求分頁機制將造成大量的隨機存取，因此將這些記憶體分頁存放於可快速隨機存取之第一儲存單元(快閃記憶體)中可以有效的提升開機及關機效能。

因此，本發明之快速開關機的方法係利用混合式儲存裝置的隨機存取特性以及循序存取特性，將記憶體分頁分別存放於混合式儲存裝置中不同的儲存單元，使電腦系統在進入休眠時能夠有效降低目前記憶體使用量，並增進電腦系統重新啟動至全速運作的反應效率。

以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

10‧‧‧電腦系統

12‧‧‧處理器

14‧‧‧主記憶體

16‧‧‧混合式儲存裝置

18‧‧‧第一儲存單元

182‧‧‧第一置換空間

184‧‧‧第一休眠檔

20‧‧‧第二儲存單元

202‧‧‧檔案系統

204‧‧‧第二置換空間

206‧‧‧第二休眠檔

Claims (13)

1. 一種應用於混合式儲存裝置之快速開關機方法，該混合式儲存裝置包含有至少一可快速隨機存取之第一儲存單元以及至少一第二儲存單元，該第一儲存單元包含一第一置換空間，該第二儲存單元係包含一檔案系統及一第二置換空間，且該休眠檔係可位於該第一儲存單元內作為第一休眠檔，或是該休眠檔係位於該第二儲存單元內作為第二休眠檔，或是同時位於該第一儲存單元及該第二儲存單元作為第一休眠檔及第二休眠檔，該快速開關機方法包括下列步驟：於一電腦系統進入休眠時，該電腦系統對至少一主記憶體進行置換(swap-out)，將可置換的記憶體分頁儲存至該第一儲存單元，以及將不可置換的記憶體分頁依據該第一休眠檔與該第二休眠檔的循序寫入速度或可寫入次數，決定該不可置換的記憶體分頁應寫入至該第一休眠檔、該第二休眠檔或同時寫入二者；於該電腦系統重新啟動，該電腦系統讀取該第一休眠檔或該第二休眠檔，並將第一休眠檔或該第二休眠檔回復儲存至該主記憶體；以及該電腦系統利用分頁技術或是需求分頁技術，至少自該第一儲存單元或第二儲存單元中讀取該記憶體分頁的資料，並載入至該主記憶體中。
2. 如請求項1所述之快速開關機方法，其中該第一休眠檔更可位於該第一置換空間內；及/或該第二休眠檔更可位於該第二置換空間內。
3. 如請求項1所述之快速開關機方法，其中該可置換的記憶體分頁更可區分為空白記憶體分頁以及非空白記憶體分頁。
4. 如請求項3所述之快速開關機方法，其中該可置換的記憶體分頁中之該非 空白記憶體分頁或該空白記憶體分頁係寫入至該第一置換空間。
5. 如請求項3所述之快速開關機方法，其中將使用機率極低之該非空白記憶體分頁係寫入至該第二置換空間或檔案系統中。
6. 如請求項3所述之快速開關機方法，其中將使用機率極低之該空白記憶體分頁係棄置不儲存。
7. 如請求項1所述之快速開關機方法，其中該電腦系統進入休眠時，更可將現在或未來可能常用到的記憶體分頁，自該第二儲存單元之該第二置換空間或該檔案系統中重新寫入至該第一儲存單元的該第一置換空間。
8. 如請求項1所述之快速開關機方法，其中該電腦系統進入休眠之前，更可將現在或未來可能常用到的記憶體分頁直接寫入該主記憶體。
9. 如請求項1所述之快速開關機方法，其中該電腦系統進入休眠之前，更可將不重要的記憶體分頁直接捨棄不儲存或是寫入至該第二儲存單元之該第二置換空間或該檔案系統中。
10. 如請求項5或9所述之快速開關機方法，其中該電腦系統更可利用分頁技術或是需求分頁技術，自該第二儲存單元之該第二置換空間或該檔案系統中讀取該記憶體分頁的資料，並載入至該主記憶體中。
11. 如請求項9所述之快速開關機方法，其中該不重要的記憶體分頁係為很少使用到的記憶體分頁。
12. 如請求項1所述之快速開關機方法，其中該第一儲存單元係為快閃記憶體或是高速儲存裝置。
13. 如請求項1所述之快速開關機方法，其中該第二儲存單元係為磁碟機或是低速儲存裝置。