[发明专利]一种基于新型存储器的固态硬盘内部缓存管理方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及固态硬盘缓存技术领域，特别是涉及一种基于新型存储器的固态硬盘内部缓存管理方法及系统。

背景技术

随着计算机信息技术的广泛应用，在人类社会中存在海量的数据需要处理和存储。因此信息技术的高速发展对存储系统的性能也提出了更高的要求，目前计算机存储系统的容量已经有了极大的提高，但是传统磁盘存储器在数据传输率方面还存在瓶颈。为此，固态硬盘技术应运而生，固态硬盘迎合了信息存储发展的趋势，相比传统的磁盘系统其具有更快的单元读写速度、更低的能耗、更强的移动可靠性等优势。

然而，固态硬盘因其广泛采用了NAND Flash闪存芯片作为存储单元，因而其也具有Flash的一些特征，由于其制造工艺的问题，存在以下缺点：

（1）读取和写入速度不对称，写入速度比读取速度慢两个数量级，读取和写入以页为单位，擦除以块为单位；

（2）先擦除后写入，闪存的一个突出特点就是一个数据页在更新时，必须将此页所在的块擦除后再写入，而且闪存的擦除速度远远落后于读写速度；

（3）易出现坏块，闪存的块擦除次数有一定限制，超过此限制将导致坏块出现，同时使用过程中，块与块之间擦除次数不均衡会导致固态硬盘的寿命问题。

这些缺点造成固态硬盘写性能，尤其是随机写性能低下，严重阻碍了固态硬盘在桌面领域的应用，因为在桌面领域，尤其是服务器存在大量的随机写请求。

同时，缓冲区管理是提高闪存访存性能的一种重要且非常有效的手段，对降低闪存的访问开销具有重要意义。目前已有的缓冲区置换策略没有考虑闪存不同于磁盘的特性，只着眼于提高缓冲区的命中率，如果直接它们应用在闪存上，闪存的总访问开销可能会非常大，但如果只着眼于减少写操作，又有可能会大幅度降低缓冲区的命中率，产生过多的读操作，降低闪存的访问性能。

因此，如何克服固态硬盘的读写不均衡特性、有效提高写性能、减少固态硬盘中块的擦除次数、减少固态硬盘的随机写操作，以及如何实现固态硬盘的缓存区有效管理，以此来延长固态硬盘的寿命及提高固态硬盘的整体I/O性能成为从业者亟待解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于新型存储器的固态硬盘内部缓存管理方法，用于解决现有技术中固态硬盘的读写不均衡、FLASH闪存芯片的擦写次数有限、随机写操作对FLASH闪存芯片的寿命影响等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于新型存储器的固态硬盘内部缓存数据块置换方法，应用于包括有至少由SATA接口控制器、微处理器、DRAM内存、本地总线、闪存控制器、及NAND闪存组成的硬件架构中，所述硬件架构中还包括PCRAM缓存，所述PCRAM缓存包括数据块置换区及映射表存储区，其中，所述数据块置换区用于存放从所述DRAM内存置换到所述PCRAM缓存的数据块，所述映射表存储区用于保存数据页逻辑地址到物理地址之间的映射表，所述数据块置换方法包括以下步骤：1）判断所述PCRAM缓存内是否有相应数据块聚簇，若有，则执行步骤2），若无，则转至步骤3）；2）将所述DRAM内存中更新的相关数据页置换到所述PCRAM缓存中存放该数据块聚簇相对应的数据页逻辑地址，完成数据块置换；3）将该数据块聚簇缺少的数据页从所述NAND闪存中读出，并按逻辑顺序填入所述DRAM内存中该数据块聚簇相对应的数据页逻辑地址，然后把所述DRAM内存中相应的数据块聚簇写入所述PCRAM的空闲数据块，完成数据块置换。

本发明还提供一种基于新型存储器的固态硬盘内部闪存数据块回写方法，应用于包括有至少由SATA接口控制器、微处理器、DRAM内存、本地总线、闪存控制器、及NAND闪存组成的硬件架构中，所述硬件架构中还包括PCRAM缓存，所述PCRAM缓存包括数据块置换区及映射表存储区，其中，所述数据块置换区用于存放从所述DRAM内存置换到所述PCRAM缓存的数据块，所述映射表存储区用于保存数据页逻辑地址到物理地址之间的映射表，所述闪存数据块回写方法包括以下步骤：1）判断所述PCRAM缓存内是否有相应数据块聚簇，若有，则执行步骤2），若无，则转至步骤3）；2）将所述DRAM内存中相应聚簇的数据页置换到PCRAM缓存中存放该聚簇相对应的数据页逻辑地址，然后将所述PCRAM缓存内相应聚簇以块形式写入所述NAND闪存，完成闪存数据块回写；3）将该数据块聚簇缺少的数据页从所述NAND闪存中读出，并按逻辑顺序填入所述DRAM内存中该聚簇相对应的数据页逻辑地址，然后把所述DRAM内存中相应聚簇以块形式写入所述NAND闪存，完成闪存数据块回写。