[发明专利]用于SSD的多通道动态读写调度方法

说明书

技术领域

本发明涉及SSD(固态盘)内部的读写调度方法，具体涉及一种用于SSD的多通道动态读写调度方法。

背景技术

基于闪存的SSD(Solid State Drive，固态盘)是一种新型的大容量存储设备。闪存的基本读写单位是页(Page)。如果一个页已经包含一份数据，当需要更新这份数据时，不能将新的数据直接写到该页上，因为已经包含数据的页只有被擦除(Erase)之后才能再次写入新的数据。擦除操作延迟很大，且擦除操作的基本单位是块(Block)，一块包含2ⁱ(64或128)个页，不能因为一页数据的修改就擦除整个块。所以，对于SSD中的数据更新，通常的做法是将更新的数据写到一个新的页，如何选择新的页取决于SSD的写调度策略。目前采用的调度方法主要有以下几种：

1、考虑寿命的写调度策略。闪存擦除操作的基本单位是块，每个块能擦除的次数是有限的。如果一块的擦除次数超过限制，该块内的数据出错几率变大，可能导致数据丢失。在SSD内部，所有块的擦除次数应尽可能一致。如果一些块因为擦除次数过多而损坏，SSD的总容量会减少。考虑寿命的写调度策略就是在SSD的所有块之间均匀的写。具体做法是：主机端发出的写请求到达时，SSD将数据优先写到擦除次数最少的块上。这种策略充分考虑了寿命问题，但不能兼顾读写延迟。例如，这种策略可能将多个写请求调度到同一块闪存芯片上，导致这些写请求排队等待，从而增大写延迟。

2、通道间的轮转调度策略。为了避免写请求的排队等待，可以将写请求调度到不同的闪存芯片上，通道间的轮转调度策略就是基于这一原理设计的。SSD包含多个通道，每个通道连接多块闪存芯片。通道间的轮转调度策略将写请求依次调度到不同的通道上，写请求之间不会相互影响。在一个通道内部，还可以采用考虑寿命的写调度策略，优先将数据写入该通道内擦除次数最少的块上。这种调度策略可以避免写请求之间的相互影响，但不能避免写请求和读请求之间的影响。如果一个通道正在响应读请求，向该通道调度写请求仍然会导致排队等待。

3、空闲通道调度策略。空闲通道调度策略作进一步的改进，只向空闲的通道调度写请求，尽可能避免写请求之间、以及写请求和读请求之间的影响，但这种方法存在两方面的缺陷。首先，由于一直向空闲的通道上调度写请求，可能导致通道间写入的数据量不均衡，一些通道上的块过早的损坏，SSD容量减少。其次，不能完全消除写请求对读请求的影响。如果SSD向一个通道调度一个写请求后，主机端随后向该通道发送一个读请求，读请求不能调度到其它通道上，只能在该通道上排队等待。由于写操作延迟很大，且主机端的应用程序正在等待读请求的数据，读请求被阻塞会显著增加应用程序的等待时间。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种各通道写入均衡、SSD使用寿命长、写请求对读请求影响小、垃圾回收对读请求影响小、读延迟低的用于SSD的多通道动态读写调度方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于SSD的多通道动态读写调度方法，其实施步骤如下：

1)在SSD内预先配备一个基于DRAM的写缓冲，在所述写缓冲中初始化用于指定SSD当前通道的目标通道、用于记录目标通道累计写请求数目的写请求计数器、用于缓存写请求的地址和数据的FIFO队列、用于记录目标通道上读请求的读请求序列；

2)根据轮转调度策略从SSD的多个通道中选择一个目标通道，跳转执行下一步；

3)接受主机端发送的读写请求，跳转执行下一步；

4)判定读写请求的请求类型，如果请求类型为读请求，跳转执行步骤5)；如果请求类型为写请求，跳转执行步骤7)；

5)判定所述读请求是否为指向目标通道的读请求，若读请求指向目标通道则跳转执行步骤6)，否则将读请求的数据从闪存芯片取出后直接返回给用户，等待在下一个读写请求到来时跳转执行步骤3)；

6)将读请求记录至目标通道的读请求序列中，并将读请求的数据从闪存芯片中读出返回给用户，等待在下一个读写请求到来时跳转执行步骤3)；

7)将写请求的地址和数据加入FIFO队列中，跳转执行下一步；

8)通过所述写请求计数器将写请求数目进行累加，跳转执行下一步；

9)检测写请求数目是否大于指定阈值，如果大于指定阈值则跳转执行步骤10)；否则等待在下一个读写请求到来时跳转执行步骤3)；