[发明专利]RAID条带重建方法及固态盘

说明书

本发明公开了一种应用于固态盘的RAID条带重建方法，用于对RAID存储器阵列的物理块组进行重组形成新的RAID条带，该方法包括：步骤S1，检测物理块的原始误码率并将其更新记录于块状态表中；步骤S2，根据块状态表中的原始误码率获取弱块信息；步骤S3，通过块状态表获取弱块数目，对物理块进行条带组织；步骤S4，将同一RAID条带中的物理块的LSB页和MSB页交错进行块内条带组织。本发明的RAID条带重建方法，实现了固态盘RAID条带的动态调整，避免数据丢失，同时避免存储空间浪费，提高固态盘的可靠性，延长固态盘的寿命。同时，本发明还公开了一种固态盘，其包括RAID存储器阵列及用于对所述RAID存储器阵列进行自适应调整并对其存储的数据进行管理的控制器。

技术领域

本发明涉及电子存储技术领域，尤其涉及一种RAID条带重建方法及固态盘。

背景技术

固态盘因为其高性能，低能耗，抗震性能好，已经作为磁盘的一个可行的代替品，广泛应用于服务器系统中。随着闪存工艺的进步，特别是从SLC(Single-LevelCell)技术到MLC(Multi-LevelCell)技术和闪存制程工艺的发展，闪存容量日益增加。然而，闪存物理块的耐久力却大幅下降，可靠性显著降低。为保证数据的一致性，固态盘的制造商在盘内采用独立硬盘冗余阵列(RAID)机制增强固态盘的可靠性。

RAID要实现的功能之一是对控制器控制的多个存储器进行条带化，而对多个存储器进行条带化可使得原本相互独立不相关的存储器组合成一个整体的存储器阵列。条带化是通过控制器把连续的数据分割成相同大小的数据块，把每段数据分别写入到阵列中的不同存储器上的方法，条带为多个存储器组合形成的一个卷。

固态盘存储不同于传统磁盘，NAND闪存是组成固态盘的常用的颗粒。闪存存储器的写操作需要经过“擦除-写入”两个操作过程。如果要对存储单元进行写入时，必须对该存储单元的物理块执行擦除操作，被擦除完成后，整个物理块的数据内容都被清空，擦除操作过程称为回收。

其中，NAND闪存具有一些特殊的错误特性。NAND闪存的原始误码率(RBER)会随着编程/擦除次数(P/Ecycle)的增加呈指数增长。而且，由于制造工艺的差异，固态盘在物理块、闪存页等存在错误分布不均匀的现象。例如，在相同的编程/擦除次数下，不同的物理块体现不同的错误特性；同一个物理块内，最高有效位组成的页(MSB页)比最低有效位组成的页(LSB页)的原始误码率更高，MSB页的耐磨损力小于LSB页的耐磨损力。

然而，传统的RAID不考虑NAND闪存这些错误特性，在固态盘整个生命期中采用固定强度的RAID策略，导致在固态盘使用后期，其编程/擦除次数数目较大，闪存介质的原始误码率增大，固定强度的RAID提供的可靠性不足以满足后期需求。

现有技术中，SehwanLee等人提出了寿命感知的RAID方案，在不同的编程/擦除次数下，采用不同强度的RAID策略，以最小的存储空间开销保证固态盘整个生命期的可靠性。但是，寿命感知的RAID忽略了由于制造工艺导致的介质耐磨损力(物理块级和闪存页级)的差异，将编程/擦除次数作为磨损程度度量的唯一指标以调整RAID强度，存在尽管牺牲了空间容量，但RAID强度调整仍无法满足可靠性要求的情况。

一方面，忽略物理块级的耐磨损力之间的差异：当两个或两个以上具有较高原始误码率的物理块处于同一条带时，条带可靠性的提升无法抵消该物理块的磨损，从而会导致数据丢失；另一方面，忽略闪存页级的耐磨损力之间的差异：寿命感知的RAID将LSB页和MSB页分别组成RAID条带，使得整个MSB条带的磨损程度远远高于LSB条带，而由于物理块闪存页的最大磨损决定了物理块的磨损，导致了一个物理块不可用时，该物理块中的LSB页仍可使用，从而带来了空间浪费。

鉴于此，有必要提供一种可解决上述缺陷的可防止RAID条带数据丢失且空间利用率高的可实现RAID存储器阵列自适应重组的RAID条带重建方法及固态盘。

发明内容