[发明专利]一种用于固态存储设备的闪存转换层控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及存储技术领域，尤其涉及一种用于固态存储设备的闪存转换层控制方法。

背景技术

随着半导体技术的进步，闪存容量越来越大，价格也却越来越便宜，固态硬盘SSD在越来越多的领域取代以磁带为媒介的传统机械硬盘(HDD)。固态硬盘与机械硬盘最大的区别在于，固态硬盘中没有任何机械部件。所以，相比传统硬盘，固态硬盘具有更低的延时和能耗，更快的数据处理速度，更好的抗震性能，更高的可靠性和耐用性。

固态硬盘的存储器件采用的是闪存，NAND型闪存具有以下几个特点：

①读写基本单位是以页(Page)为单位，擦除是以块(Block)为单位；页的大小为nKB(KB单位为1024字节)，n通常等于2，4，8或16。每块包含m页，m通常为64，128或者256。

②每个物理块，必须先擦除后，才能够写入数据。

③每个块有一定的寿命，即擦除次数是有限的。举例来说，对于SLC(Single Level Cell)Flash，即单逻辑单元闪存，寿命为10,00,00次；而对于MLC(Multi-Level Cell)Flash,典型寿命为1500-3,000次。

基于闪存的上述特点，在固态硬盘中引入了闪存转换层FTL，用于对闪存进行存储控制。比如，Flash写数据只能将1写为0，擦除数据是将所有数据都写为1，因此如果在已经有数据的Flash上写入新的数据，则必须先是整块擦除(所有存储为全部为1)，然后再写入新数据。这也决定了做适合读写SSD的最小单元是Page。在过去的机械硬盘时代，操作系统认为磁盘是一连串扇区(Sector,包含512Byte存储空间)，这是对硬盘操作的最小单位。这一系列的物理特性的限制，要求FTL承担向下兼容的特性。FTL位于文件系统和物理介质之间，把Flash的操作习惯虚拟成以传统硬盘的512Byte扇区进行操作。操作系统就可以按照传统的扇区方式操作，而不用担心之前说的擦除/读/写问题。一切逻辑到物理的转换，都由FTL来完成，如图1所示。

FTL层负责将上层文件系统的读写请求转换成闪存物理层面的读写操作命令，同时，依据闪存的操作特点完成相应的管理。FTL算法，特别是它对应的闪存映射表FMT(Flash Mapping Table)机制，是影响固态硬盘性能高低的关键所在。

传统的数据映射方式采用块映射和页映射。随着闪存页面的增大，页映射和块映射在随机读写上的速度的不足显现出来。页映射是将逻辑页映射到Flash中的任何一个物理页(Physical Page)。如果把逻辑区块地址(Logical Block Address，LBA)切割成很多以物理页大小为单位的操作单元，该映射算法在物理页小于或等于4KB的时候，管理的灵活度高，垃圾回收负载小。但是随着工艺的提升，Flash的物理页逐渐增大，目前主流基本为16KB的物理页，并有扩大到32KB的趋势。当物理页大于4KB的时候，随机写入小文件(通常IOPS的测量是基于4KB大小的随机数据块)，将会导致一个物理页只用掉4KB空间，剩余的物理页空间补充其他数据，这时候写入放大WA(Write Amplification)系数就会变大，随着物理页大小的增大这种算法的劣势会越来越大。显然，按照这样子简单的映射方法是无法满足写入速度的要求的，同时，也大大消耗了闪存的“寿命”。

故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种用于固态存储设备的闪存转换层控制方法，从而能够改善随机读写的速度，并提高闪存的使用寿命。

为了克服现有技术的缺陷，本发明的技术方案如下：

一种用于固态存储设备的闪存转换层控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：在闪存转换层(FTL)中设置最小管理单元，且N个最小管理单元刚好构成一个闪存物理页的空间，其中，N为大于0的正整数；

步骤S2：逻辑地址和物理地址之间以最小管理单元来进行映射；

步骤S3：FTL为每个最小管理单元数据给予一个地址标识进行管理；

步骤S4：当主机写入数据时，等待连续写入数据达到一个完整的闪存物理页空间后，再一次性写入一个完整的空白闪存物理页。

优选地，所述步骤S3中，在闪存映射表(FMT)中为每个最小管理单元数据设置一个独立的地址码。

优选地，所述最小管理单元采用4KB存储容量。