[发明专利]一种提高固态硬盘数据传输效率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高固态硬盘数据传输效率的方法，用于解决固态硬盘地址不对齐的问题，属于计算机数据存储技术领域。

背景技术

固态硬盘（Solid State Disk，SSD），是一种采用固态电子存储芯片阵列制成的硬盘，由控制单元和存储单元组成。与传统机械硬盘（Hard Disk Drive，HDD）相比，固态硬盘在读取速度、功耗、噪音、抗震性、体积、工作温度范围、容价比等方面均具有明显优势，被广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空等、导航设备等领域。

根据存储介质的不同，固态硬盘分为两种，一种采用闪存（FLASH芯片）作为存储介质，另外一种采用动态随机存取存储器（Dynamic Random Access Memory，DRAM）作为存储介质。其中，基于闪存的固态硬盘最大的优点是可移动，且数据保护不受电源控制，能够适应于各种环境。基于闪存的固态硬盘其内部构造简单，固态硬盘内主体是一块印制电路板（Printed Circuit Board，PCB），而这块PCB板上最基本的配件是控制芯片、内存芯片和用于存储数据的闪存芯片。其中，控制芯片是固态硬盘的大脑，其作用一是合理调配数据在各个闪存芯片上的负荷，二则是承担整个数据的中转，连接闪存芯片和外部SATA（Serial Advanced Technology Attachment）接口；内存芯片用于辅助主控芯片进行数据处理。

与传统的机械硬盘相比，固态硬盘的缺点是：①由于受到闪存擦写次数的限制，其使用寿命相对较短。传统的机械硬盘以扇区为单位，而固态硬盘通常以页为单位存储数据。为了延长固态硬盘使用寿命，绝大多数的固态硬盘都有磨损平衡的处理，即连续两次对同一逻辑地址的写入操作，在闪存进行写入操作的实际物理位置不同。②在对固态硬盘进行写操作时，若写操作的逻辑地址没有与固态硬盘的基本单位（页）对齐，可能出现数据从一个闪存页到另一个闪存页的搬移现象，即：在对固态硬盘进行写操作时，如果写操作的逻辑地址与固态硬盘的基本单位（页）不对齐时，首先需要将闪存中的写操作页读取到固态硬盘的内存中，然后在固态硬盘的内存中对该写操作页进行部分替换，再将内存中的该写操作页写回到固态硬盘中。如此操作，大量的时间被浪费在了简单而耗时的闪存数据搬移操作上，影响固态硬盘的传输效率和使用寿命。③主机的数据在写入闪存之前都要经过SDRAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory，同步动态随机存储器）层，但目前的固态硬盘没有考虑这些数据的二次利用问题，导致有用数据白白浪费。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前已有固态硬盘在写操作的逻辑地址与固态硬盘的基本单位（页）不对齐时，造成传输效率不高的问题，提出一种提高固态硬盘数据传输效率的方法。本发明方法通过采用一种基于双向循环链表实现的数据缓冲机制和一种仿堆栈型LRU（Least Recently Used，最近最少使用算法）缺页调度算法，有效解决了固态硬盘地址不对齐的问题，从而提高数据传输效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种提高固态硬盘数据传输效率的方法，用于主机与固态硬盘之间的数据传输，所述固态硬盘包括控制芯片、内存芯片和闪存芯片；其具体实施步骤为：

步骤1：在固态硬盘的内存中创建1个空闲页双向循环链表、1个整页双向循环链表、1个零碎页双向循环链表和1个缓冲区。

所述空闲页双向循环链表有N个节点，N为正整数。所述空闲页双向循环链表中的每个节点包含1个指针。

所述整页双向循环链表和零碎页双向循环链表均为空。

所述整页双向循环链表和零碎页双向循环链表中的每个节点都有一个标志量（用符号Flag表示），用于表示该节点指向的缓存区中的页面是否修改过，设置Flag=0。

所述整页双向循环链表中的每个节点包含1个指针。

所述零碎页双向循环链表中的每个节点包含2个指针，分别称为头指针和尾指针。

所述缓冲区的大小为所述固态硬盘的页面大小的N倍。

步骤2：将步骤1中创建的缓冲区分为N个页面，每个缓冲区页面的大小与所述固态硬盘的页面大小相同；然后依次使所述空闲页双向循环链表第1个节点的指针指向缓冲区第1个页面的起始地址，使所述空闲页双向循环链表第2个节点中的指针指向缓冲区第2个页面的起始地址，以此类推，使所述空闲页双向循环链表第N个节点中的指针指向缓冲区第N个页面的起始地址。