[发明专利]一种固态硬盘动态垃圾回收的方法及固态硬盘

说明书

本发明公开了一种固态硬盘动态垃圾回收的方法及固态硬盘，其特征在于增加记录全局有效数据量GVPC和剩余空闲块数量，当全局有效数据量与剩余空闲块数量达到预先设置的条件时动态触发垃圾回收操作。根据当前BLOCK写入的有效数据总量(GVPC)来判断是否执行垃圾回收，在主机对SSD进行小范围数据空间的写时，能够及时的进行垃圾回收，避免的垃圾回收执行时间的拖后。

技术领域

本发明涉及固态硬盘控制技术，特别涉及一种固态硬盘动态垃圾回收的方法及固态硬盘。

背景技术

固态硬盘由于基于NAND FLASH，数据的写入单元为page，擦除单元为block，随着数据的不断写入，最终导致block中存在着大量的无效数据，需要通过垃圾回收(GarbageCollection)来将这些block中的有效数据搬移出来，然后擦除这些全是无效数据的block。图1是常规垃圾回收的触发方式，主机写入操作或者TRIM命令等会导致固态硬盘算法对nand flash进行写入操作，数据的写入将会减少空闲block的数量，固态硬盘通过检测剩余空闲block的数量来判断是否执行垃圾回收(GC)。在进行GC时，一般期望着剩余的空block(未使用物理空间)越少越好，这样在做GC时，则每个block中有效数据会较少，从而减少写放大(Write Amplifier)。由于该方案只考虑NAND FLASH容量的使用，不考虑实际有效数据总量，可能导致小数据区间的随机写影响剩余较多空间的顺序写的性能。图2是常规垃圾回收的触发阀值示意图，在主机不断对小空间范围类的数据进行长时间的随机写后，固态硬盘可能用了较大的物理空间去存储比较少的有效数据量，而垃圾回收的策略无法检测到这种情况，因为仲裁算法中无法获取当前有效数据量，只能通过剩余空闲block数量去判断是否执行垃圾回收，而此时剩余空闲block数量又不足以触发垃圾回收。假设一个固态硬盘容量为128GB，主机不断进行0-10GB范围内的随机写，执行上述操作一段时间后，主机进行11GB-128GB段的顺序写，这时这段区间的顺序写性能将会出现较大的波动，导致现象的原因是，即使用户有效数据量只有10GB，垃圾回收策略依然要等待128GB的物理容量接近用完才去执行，延后执行的垃圾回收影响了顺序写的性能。

发明内容

针对以上缺陷，本发明目的是如何选择触发垃圾回收的触发点，提高垃圾回收的及时性，避免垃圾回收执行时间的拖后。

为了解决以上问题本发明提出了一种一种固态硬盘动态垃圾回收的方法，其特征在于增加记录全局有效数据量GVPC和剩余空闲块数量，当全局有效数据量与剩余空闲块数量达到预先设置的条件时动态触发垃圾回收操作。

所述的固态硬盘动态垃圾回收的方法，其特征在于固态硬盘总物理容量为M，空闲block数目为K，单个block大小为m，已使用物理空间为(M-K*m)，其中M和m为在每个固态硬盘为固定值，一个数据页的大小为n，全局有效数据量GVPC以数据页为单位，当GVPC*n/(M-K*m)T时，立即触发执行垃圾回收，T小于1。

所述的固态硬盘动态垃圾回收的方法，其特征在于所述的全局有效数据量在映射表更新时同时更新。

所述的固态硬盘动态垃圾回收的方法，其特征在于固态硬盘上电后通过遍历映射表，获得全局有效数据量GVPC的初始值，具体为如果映射信息有效则GVPC加一；在运行中动态修改全局有效数据量，写操作或者TRIM命令导致映射表的更新，若原有旧的映射信息有效则GVPC不变，如无效则GVPC+1，新的映射信息如果为无效的则再减1。

一种固态硬盘，其特征在于固体硬盘控制器的固件中增加记录全局有效数据量GVPC和剩余空闲块数量，当全局有效数据量与剩余空闲块数量达到预先设置的条件时动态触发垃圾回收操作。