[发明专利]消除NAND闪存设备中的无用单元收集

说明书

背景

发明领域

本发明涉及用于存储和访问闪存系统中的数据的系统和方法。

发明背景

一般闪存包括很多数据块(最小可擦除单元)。每个数据块包括几个数据页面(最小可编程单元)。读和写操作可在页面级被执行。擦除操作仅在块级被执行。由于闪存的内部特征，闪存页面不能被盖写。它需要在编程操作之前被擦除。因为擦除操作是非常时间密集的(它是块级操作)且也减小闪存块寿命(每个闪存块与固定数量的擦除循环相关)，闪存供应商常常执行闪存页面盖写操作，例如1)写新闪存页面，2)使旧闪存页面无效。

这导致同一页面的很多版本，一旦数据被修改，除了页面的最新版本以外的所有这些版本都是无效的。同一页面的几个无效拷贝将增加设备空间消耗，这导致写放大(WA)的增加。

具有很多无效页面的块仍然不适合于重新使用，因为有效页面不能被擦除。设备无用单元收集(GC)负责通过将有效页面移动到新块来回收无效页面，一旦块没有所有有效页面、它被擦除以及这个块现在可由即将发生的写使用。

设备GC不非常频繁地运行，因为GC过程将干扰设备吞吐量。在具有很多无效页面的很多块中，只有某些块(牺牲块)由无用单元收集过程拾取用于清理。如果块具有最大数量的无效页面，则识别牺牲块通常被完成。由于所有这些阈值和限制，所写入的物理信息的实际量是多倍的被预期写入的逻辑量。因此，写暗示由设备GC＝(被写到闪存的数据/由主机写的实际数据)引起。

某些对象存储应用例如levelDB和rocksDB被设计为日志结构合并树(LSM)系统。类似于SSD(固态驱动器)，这些应用具有不再被需要的对象的很多无效版本。称为压缩的过程常常运行，其将通过移除对象的无效版本来压缩数据库。在SSD上运行的这些应用将同样通过存储无效对象来创建写放大。由数据库引起的WA是(被写到闪存的数据/被写到数据库的实际数据)。系统的总WA因此是闪存驱动器的WA乘以数据库的WA。

本文公开的装置和方法提供用于避免闪存系统中的写放大的改进的方法。

附图的简要说明

为了使本发明的优点被更容易理解，将通过参考在附图中示出的特定实施方式来描写在上面简要描述的本发明的更特定的描述。理解了这些附图只描绘本发明的一般实施方式且因此不应被考虑为其范围的限制后，将通过附图的使用以额外的特殊性和细节来描述和解释本发明，其中：

图1是适合于实现根据本发明的实施方式的方法的计算系统的示意性方框图；

图2是根据现有技术的存储系统的部件的示意性方框图；

图3是根据本发明的实施方式的存储系统的示意性方框图；

图4是根据本发明的实施方式的用于执行写操作的方法的过程流程图；

图5是根据本发明的实施方式的用于删除数据块的方法的过程流程图；以及

图6是根据本发明的实施方式的用于执行读操作的方法的过程流程图；

详细描述

将容易理解，可在各种不同的配置中布置并设计如通常在本文的附图中所述和所示的本发明的部件。因此，如在附图中表示的本发明的实施方式的下面的更详细描述并不意欲限制如所主张的本发明的范围，而是仅仅代表根据本发明的目前设想的实施方式的某些例子。通过参考附图将最好地理解目前描述的实施方式，其中相似的部件始终由相似的数字表示。

响应于最新技术水平且特别是响应于在本领域中的还没有被当前可用的装置和方法完全解决的问题和需要来发展本发明。

根据本发明的实施方式可被体现为装置、方法或计算机程序产品。相应地，本发明可采取完全硬件实施方式、完全软件实施方式(包括固件、常驻软件、微代码等)或组合通常都可在本文被称为“模块”或“系统”的软件和硬件方面的实施方式的形式。此外，本发明可采取体现在任何有形表达介质中的计算机程序产品的形式，有形表达介质具有体现在介质中的计算机可用的程序代码。

可利用一个或多个计算机可用或计算机可读介质的任何组合。例如，计算机可读介质可包括便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)设备、只读存储器(ROM)设备、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)设备、便携式光盘只读存储器(CDROM)、光学存储设备和磁性存储设备中的一个或多个。在所选择的实施方式中，计算机可读介质可包括可包含、存储、传递、传播或传送用于由或结合指令执行系统、装置或设备来使用的程序的任何非临时介质。