[发明专利]一种基于寿命均衡WL多线程提高SSD使用寿命的方法

说明书

本发明公开了一种基于WL多线程提高SSD使用寿命的方法，其特征在于在SSD固件中增加一寿命均衡有限状态机，用于响应host端的读写命令，根据host端的读写命令中包含的所操作的数据块的访问频率属性，将数据块分为：冷数据、热数据和常规数据；同时在SSD固件中设置了热数据处理线程、冷数据处理线程和常规数据处理线程，三个线程由寿命均衡有限状态机统一协调触发执行，并完成host端的最后读写操作，通过增加寿命均衡有限状态机和基于该状态机设计了多线程分别实现冷数据、热数据和常规数据的读写操作，有效降低NVMe SSD的写放大，同时高效地均衡NAND flash的擦除次数，以延长固态硬盘的使用寿命。

技术领域

本发明涉及信息存储领域，尤其涉及一种基于寿命均衡多线程提高SSD使用寿命的方法。

背景技术

TLC NAND flash是一种每个存储单元(memory cell)中存储有3个bit的flash类型，其较高的存储密度在固态硬盘及存储器领域有着愈来愈广泛的应用。

在TLC NAND flash每个存储单元的3个bit信息中，分别属于不同的分组，相对于MLC及SLC中page的概念，TLC中的三个数据分组称为sub-page，其中存储低位bit的叫做lowpage，存储中间bit的叫做middle page，存储高位bit的叫做up page。而三个sub-page所属的同一个Word Line(WL)即是相对于MLC及SLC中page的存在。

消费级与企业级用户对SSD的使用寿命尤为关注，也是衡量SSD的一个重要指标。TLC NAND FLASH的擦除次数仅为几百次，因此用户对SSD的使用寿命就更加关注。

现有技术存在基于单线程的WL(Wear Leveling，寿命均衡，下文均以WL简称)功能模块调度设计，WL作为固态硬盘的一个功能模块，设计为被动调度机制。由模块内部机制触发，被调度模块统筹调度使用。单线程的调度设计存在如下缺点：冷热数据分布在相同数据块，不能有效分离冷热数据，导致相当大的写放大，达不到寿命均衡的长期目标。

现有技术还存在基于双线程的WL功能模块调度设计，WL作为固态硬盘的一个功能模块，设计为被动调度机制。由模块内部机制触发，被调度模块统筹调度使用。将WL分布在独立的线程，只允许写冷数据，不允许包括host在内的其它所有写操作；Host也设计为单独一个线程，由host线程来实现冷数据和热数据的区分。这样可以有效分离长期沉淀下来的冷热数据，提高固态硬盘的使用寿命。但也存在如下缺点：不能发挥NVMe的新特性，需要通过host线程主动区分写数据的访问频率，造成额外的写放大问题。

发明内容

针对以上缺陷，本发明目的在于提出了如何有效利用NVMe协议中从系统层面对用户数据访问频率进行了分级的特性，有效均衡SSD擦除次数，有效降低写放大，整体上提高SSD的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于WL多线程提高SSD使用寿命的方法，其特征在于在SSD固件中增加一寿命均衡有限状态机，用于响应host端的读写命令，根据host端的读写命令中包含的所操作的数据块的访问频率属性，将数据块分为：冷数据、热数据和常规数据；同时在SSD固件中设置了三个线程分别为：热数据处理线程、冷数据处理线程和常规数据处理线程，所述三个线程由寿命均衡有限状态机根据其状态转换流程和host端的读写命令中包含的所操作的数据块的访问频率属性分别触发执行，并完成host端的最后读写操作。

所述的基于WL多线程提高SSD使用寿命的方法，其特征在于所述的寿命均衡有限状态机定义了WL0、WL1、WL2和WL3四种状态：

状态WL0定义为WL初始化状态，其触发条件为上电、复位、WL3状态调用初始化,其开启热数据处理线程、冷数据处理线程和常规数据处理线程；

状态WL1定义为WL触发状态，其由WL0状态触发调用,开启热数据处理线程和冷数据处理线程；