[发明专利]应用于固态硬盘的闪存均衡损耗算法

说明书

技术领域

本发明提出一种应用于固态硬盘的闪存均衡损耗算法，使得闪存的物理存储块损耗达到均衡，不至于对某些物理块擦写过于频繁而导致产生坏块，从而提高固态硬盘的使用寿命。

背景技术

磁盘作为信息的存储体随着计算机及其相关技术的飞速发展和计算机应用于各种领域，如航空，卫星，工业等方面，从而对磁盘提出了越来越高的要求。因此固态磁盘抗震、宽温、无噪、低耗、可靠存储技术越来越被人们所重视。固态硬盘以NAND闪存为存储介质，NAND闪存是一种采用与非结构的非易失半导体存储器，在没有电流供应的情况下，能长期地保存信息，读写操作以页为单位，类似于硬盘操作，擦除以块为单位，适用于存储大量的信息。NAND闪存磁盘与以磁介质为存储体的机械磁盘相比有以下几个优点：首先读写时不需要像机械磁盘那样需要寻道时间，因而读写的速度比较快；其次由于NAND闪存是一种半导体存储器，使用时不受震动的影响，功耗低，噪声小，能适应的温度范围大，再次NAND闪存是通过I/0口读取数据，只要将存储的数据擦除，就不可能再恢复，而磁介质的存储器则可以通过磁头读取已擦除的微弱信息进行恢复。但是NAND闪存还有它自身的一些特点，其中就包括NAND闪存的物理块的擦除次数有限。

一般闪存的物理块可反复擦除100K次，最多可擦除1000K次，如果反复对某些物理块进行擦写将导致这些物理块不可用，而使存储空间在短时间内总容量减少。对于当前的文件系统，在存储数据时一般是在由文件系统分配存储空间进行写操作，而不考虑存储空间的使用次数，因而在存储数据时，如果文件系统访问的地址和存储介质的物理地址一致，某些存储空间将被反复更新的频率非常高，将使某些物理块很快因为一部分数据块被频繁擦除和写入而损坏，导致整个存储介质总容量减少。因而有必要采取一些措施使总的存储空间的有效物理块的擦写次数均衡，保证最大的存储空间和最长的使用寿命。

在本发明中，根据固态硬盘的存储信息的特点，提出了闪存的均衡损耗算法。

发明内容

针对一般的文件系统，考虑到文件系统的特性及NAND闪存的特点提出NAND闪存的均衡损耗算法。

本发明的技术方案是：一是采用地址映射来实现逻辑地址到物理地址的转换，每个逻辑地址可以对应不同的物理地址，从而使得每次向同一逻辑地址写入数据时，数据将保存在不同的物理地址所指的存储空间；二是将存储在闪存中的长期没有进行修改的数据转移，使其所占的物理块重新加入将要被写的队列。通过以上的两个方面的使得闪存空间的使用次数达到均衡，从而达到均衡损耗。

当文件系统发出命令并给出将要操作的逻辑地址时，存储系统根据文件系统给出的逻辑地址和映射关系计算出具体的物理地址，由于在大容量的存储介质物理地址范围很大，不可能将逻辑地址和物理地址的映射关系存放在缓存中，因此采用两级地址映射，将整个存储空间分为两个空间，即：地址映射区和数据区，第一级映射是将地址映射区的逻辑地址和物理地址的映射关系放在缓存中，第二级映射是将数据区的逻辑地址和物理地址的映射关系存放在地址映射区中。

如图1所示，缓存的0地址记录的对应的闪存地址映射区的地址为1，而每个地址映射区地址对应的存储空间记录一页的数据区到地址映射区的映射关系，闪存地址为1的地址记录地址映射区记录数据区中闪存地址为8和闪存地址为4物理地址，即对应的逻辑地址0和逻辑地址1。

存储系统程序启动后，先扫描地址映射区中的信息，将闪存地址1记录在缓存中缓存地址为0的存储空间中，映射关系如下所示。

1、设将被读取的逻辑地址为logicAddr，地址映射区一页可存储的数据区地址个数为n，则该逻辑地址的映射关系存储在地址映射区的逻辑地址为addr1，为logicAddr除以n的商，被读取的逻辑地址在对应的地址映射区的页中的地址为addr2，为logicAdd除以n的余数。

2、在缓存中逻辑地址为addr1对应的物理地址为addr3。

3、读取地址为addr3的信息。

4、信息中的第addr2个地址信息即logicAddr对应的物理地址。

文件系统发出写命令时进行以下操作。

1、数据区分配空闲的物理块。

2、将文件系统提供的信息写入到数据区空间分配的物理块中。