[发明专利]用于将数据高速缓存在固态存储设备上的装置、系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及将数据高速缓存在固态存储设备上，并且具体涉及维护与高速缓冲存储器以及用于管理高速缓冲存储器且进行疏导操作的固态存储设备有关的元数据。

背景技术

高速缓存设备为用于使数据更迅速地存取在系统中的存储设备。高速缓冲存储器可通过减少将所述数据用于高速缓冲存储器中的操作的输入/输出(I/O)时间来显著地提高系统性能。一般来讲，高速缓冲存储器在相比于高速缓存设备具有更大存储容量、但具有更慢I/O时间的另一个存储设备之前实施。可充分理解高速缓冲存储器的有益效果，并且已在范围从CPU中的高速缓冲存储器到存储区域网络(SAN)中的高速缓冲存储器的各种环境和规模下有利地实施了高速缓冲存储器。

高速缓冲存储器的性质也可根据环境变化；例如，在单个计算机(诸如桌上型电脑或膝上型电脑)中，高速缓冲存储器可在易失性存储器，诸如静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)或其它中实施。目前，高速缓存疏导是无效的，因为其与其它存储器管理操作分离。

发明内容

固态存储设备可作为非易失性后备存储器的非易失性高速缓存设备来操作。固态存储设备可对采用由固态存储设备提供的逻辑空间的客户端透明。在一些实施方案中，固态存储设备可被配置为向客户端提供与后备存储器的物理大小相同的逻辑大小，使得固态存储设备向客户端提供与后备存储器具有相同大小的逻辑存储空间，而与固态存储设备的物理存储大小无关。作为另外一种选择或除此之外，固态存储设备可向客户端提供超出固态存储设备和后备存储器的物理存储容量的逻辑地址空间。

固态存储设备可维护与在固态存储设备上进行的高速缓存操作和存储操作有关的元数据。存储元数据可包括但不限于与在固态存储设备上进行的顺序存储操作有关的元数据(例如所述设备上的客户端逻辑地址与存储单元之间的关联数据(associations)、存储日志元数据等)、与顺序存储操作有关的维护操作(例如存储恢复、无用单元收集、错误校正等)、存储介质的状态(例如耗损均衡性、可靠性、完整性等)等。存储元数据可包括将包括有效数据的存储单元与包括无效数据的存储单元进行区分的有效性指示符。存储单元可指固态存储设备上的任何可寻址存储位置。

固态存储设备可将数据高速缓存在固态存储设备的存储单元中。高速缓存元数据可包括与存储在固态存储设备上的高速缓冲存储器有关的元数据、在固态存储设备上进行的高速缓存操作(例如存取模式等)、高速缓存管理(例如高速缓存清除和/或保留策略、高速缓存属性、高速缓存指令等)等。高速缓存元数据可包括识别可丢弃的数据的可丢弃性指示符。可丢弃数据可为已备份(例如存储)在后备存储器上的高速缓存数据。

由固态存储设备维护的元数据可包括高速缓存条目，这些高速缓存条目可表示高速缓存在所述设备上的数据(例如高速缓存在固态存储设备的存储单元中的数据)。高速缓存条目可在识别数据在固态存储设备上的存储位置时，将(存储客户端的)逻辑地址与一个或多个存储位置(例如存储单元)关联；高速缓存条目可提供客户端逻辑地址与固态存储设备存储位置(例如存储单元)之间的索引或映射。在一些实施方案中，高速缓存条目可具有可变大小，并因此可引用固态存储设备上的存储单元的一部分、单个存储单元和/或多个存储单元。例如，第一高速缓存条目可包括单个存储单元上的第一数据量(例如单个存储单元的一部分上的256字节)，但第二高速缓存条目可包括多个存储单元上的不同的第二数据量(例如多个存储单元或虚拟存储单元上的4千字节)。

高速缓存条目可通过逻辑地址来索引，该逻辑地址响应于客户端存储请求可能能够快速有效地访问高速缓存条目。高速缓存条目可用于存储(和/或引用)共享元数据，包括与固态存储设备的顺序存储操作以及高速缓冲存储器相关的元数据。例如，固态存储设备的疏导器(如下所述)可存取与高速缓冲存储器有关的元数据，以有效地进行存储恢复和/或维护操作。类似地，在固态存储设备上操作和/或结合固态存储设备操作的高速缓存管理器(如下所述)可存取元数据，以有效地管理高速缓冲存储器(例如做出与高速缓存清除和/或保留等有关的高速缓存策略决策)。在一些实施方案中，固态存储设备可提供可使元数据的部分暴露于存储客户端的存储接口(或通常为“接口”)。通过使用所述接口，存储客户端可配置固态存储设备(例如，设置高速缓存属性、高速缓存指令，发出TRIM命令等)。另外，所述接口可通过其来暴露“稀疏”或“精简配置”逻辑地址空间，这无需冗余地址转换层便可使存储客户端与固态存储设备进行交互(例如在完整的64位地址空间内)。