[发明专利]一种基于失效概率的固态存储分级管理方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于失效概率的固态存储分级管理方法及系统，属于存储控制技术领域。本发明方法根据物理页索引次数，并综合数据冷热程度，提出物理页失效概率这一概念，将通过计算得到失效概率相近的页聚集一起，进行分级管理，减少垃圾回收对性能的影响和减少写放大。本发明还实现了一种基于失效概率的固态存储分级管理系统。本发明在固态存储垃圾回收触发后进行合理的数据分级管理，减少后续垃圾回收的反复迁移数据，进而提高响应性能和使用寿命。

技术领域

本发明属于存储控制技术领域，更具体地，涉及一种基于失效概率的固态存储分级管理方法及系统。

背景技术

近年来，基于NAND Flash的固态硬盘由于性能高、功耗低、抗震性好等诸多优点获得广泛的应用。由于NAND闪存异地更新的特点，写更新产生的无效页需经由垃圾回收操作重新成为可用页，这会造成严重的写放大，对SSD的读写性能和寿命都有很大的影响。减少SSD垃圾产生、垃圾回收时选择无效页最多的块、冷热数据分离等可以有效减少写入数据的放大系数；考虑各块磨损情况的页面分配则能延长SSD的使用寿命。最直接的办法是减少写入到SSD中的数据，这样可以有效提高SSD的性能和寿命。

研究人员分析了多种存储系统，发现其中广泛存在重复数据。例如，微软的研究人员发现个人电脑普遍存在40％左右的重复数据；EMC的研究者发现备份存储系统的重复数据高达90％；德国研究者发现数据中心存在15-30％的重复数据。这些重复数据不仅增加了存储成本，且占用了存储设备的写入带宽，因此通过减少重复数据可以有效提高存储设备的利用率。特别对于SSD而言，减少重复数据还能提高SSD使用寿命。

因此数据去重技术正逐步应用于SSD设备及其组建的系统中，如CAFTL算法、△FTL算法、NF-Dedup策略等。但是数据去重在减少冗余数据同时，也带来了一个新的问题：经过去重处理的部分数据会被多次索引(多被引数据)，和单次索引数据相比，这些数据更不容易失效，可能经历多次不必要的迁移。如图1所示，数据页A，B，E多次作为有效数据被迁移到新的数据块，所涉及的数据页读和写操作带来了不可忽视的开销。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于失效概率的固态存储分级管理方法及系统，其目的在于在数据冷热分离的基础上，结合物理页索引次数，提出物理页失效概率这一概念，将失效概率相近的页聚集一起，进行分级管理，由此减少垃圾回收对性能的影响和减少写放大。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于失效概率的固态存储分级管理方法，该方法包括：

(1)评估失效概率：根据垃圾回收中将迁移物理页的索引次数和该物理页对应逻辑页的冷热程度综合评估该物理页的失效概率；

(2)数据分级管理：按失效概率的大小将物理页迁移到相应级别的数据块中；数据块的级别按预定的失效概率划分；

(3)管理元数据：当数据页写入、数据页更新或垃圾回收时更改数据所在物理页的索引次数和索引信息。

进一步地，所述物理页失效概率具体计算公式为：

其中，Tem_LPN为逻辑页的温度；luc为最近写访问次数；ct为系统的当前时间；lts为最近访问时间戳；Δu为最近访问的时间间隔门限，预设值；FP_PPN为物理页的失效概率；N为物理页的索引次数；α为系数，预设值。

进一步地，所述步骤(3)具体包括：

(31)判断：判断若是数据页写入进入步骤(32)，若是数据页更新时进入步骤(33)，若是垃圾回收操作进入步骤(34)；