[发明专利]存储设备，以及对存储设备中的多个固态驱动器之间的利用率进行平衡的方法

说明书

存储设备包括第一SSD、第二SSD和控制器。控制器能够计算第一SSD的第一利用率参数和第二SSD的第二利用率参数。如果第一利用率参数小于阈值并且第二利用率参数超过该阈值，则控制器识别存储在第一SSD上的要去除的数据范围。从第一SSD中去除该数据范围导致第一利用率参数超过该阈值。然后，控制器将来自第一SSD的数据范围迁移到第二SSD。

相关申请

本申请基于并要求于2017年8月2日提交的美国非临时专利申请15/667,109的权益；其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明一般涉及存储设备，以及对存储器中的多个固态驱动器之间的利用率进行平衡的方法。

背景技术

基于闪存的存储介质，诸如在固态驱动器(SSD)中采用的存储器件，包括以平面、块和页面为单位布置的闪存单元。每个平面包含多个块，块是能够被擦除的最小单元。每个块包含多个页面，页面是能够以数据写入的最小单元。在SSD中，存储器控制器负责映射要写入物理闪存页的或要从物理闪存页读取的应用数据的逻辑块地址。

存储介质盘具有有限的使用寿命(其在使用寿命期间是可操作的)。硬盘驱动器(HDD)是随着使用而磨损的机械设备，可能会意外地和灾难性地出故障。SSD通常具有HDD两倍以上的寿命，但与HDD相比，它们的磨损方式不同。由于NAND闪存的特点，SSD的使用寿命由NAND闪存能够承受的写操作次数决定。写操作也称为编程/擦除(P/E)周期，因为只有在使用擦除存储器命令去除先前存储器内容之后，才可以使用程序存储器命令写入数据。

由于只有在首先擦除闪速存储器中的先前数据之后数据才能被覆盖，所以通常的做法是在SSD中提供额外的工作空间，该额外的工作空间用作闪存块的新擦除的区域，在该区域可以写入新数据。这种做法称为预留空间(OP)。新数据写入后，先前的数据被标记为无效。最终，闪存块中存在足够数量的无效数据页，以使系统开始一个被称为“垃圾收集(GC)”的过程。在GC过程期间，剩余的有效数据页被写入新擦除的块，而原始块(现在其所有页面被标记为无效)被擦除。然后，被擦除的块可以被包括在(可以向其写入数据的)新擦除的块的池中。GC过程涉及到除了对新数据的原始写入之外的额外的数据写入。这种副作用被称为写入放大(WA)，其中WA因子是额外的NAND闪存数据写入的平均数与原始写入之比。WA导致SSD的寿命降低，通过有效地将闪存设备的P/E周期限值除以WA因子。例如，WA因子为10的情况下，SSD的寿命将是按P/E周期限值所预测的寿命的十分之一。

WA与OP成反比，其中减少OP具有增加WA的效果。图1示出了现有技术的绘图100，其示出了OP和WA之间的相关性。绘图100包括表示OP的x轴102和表示WA的y轴104。OP和WA之间的相关性由迹线106表示，其在108处具有拐点。绘图100是OP和WA的相关性的公知模型。在由IBM苏黎世研究实验室的X-Y Hu等人于以色列的海法的SYSTOR2009发表的文章“WriteAmplification Analysis in Flash-based Solid State Drives(基于闪存的固态驱动器中的写入放大分析)”一文中，显示和描述了对OP和WA相关性进行建模的类似绘图。

从绘图100可以看出，减少OP降低了器件的耐久水平，因为增加WA就增加了每次应用程序数据写入的NAND闪存写入数量，并降低了具有指定P/E周期限值的器件的寿命。这种关系不是线性的，随着OP在108处降到拐点以下，WA的增长速率变得越来越严重。

增加SSD设备容量并减少OP以降低成本的要求导致磁盘寿命缩短，早期磁盘故障风险增加，伴随着对存储数据的成本和可用性/存取的严重影响。因此，长期以来感到需要纠正当今SSD系统中固有的问题。

发明内容

本发明的实施例实现了一种存储设备以及对存储器中的多个固态驱动器之间的利用率进行平衡的方法，其能够增加SSD设备的容量并减少OP以降低成本。