[发明专利]一种存储器、存储系统、主机及数据操作、垃圾回收方法

说明书

一种存储器、存储系统、主机及数据操作、垃圾回收方法，所述存储系统包括存储器和主机，所述存储器包括：管理单元，用于实现与存储介质相关的处理逻辑；基于对象的访问接口，供主机通过所述访问接口对所述存储器执行对象操作；所述主机包括：存储控制单元，用于实现与数据布局相关的存储逻辑，通过所述基于对象的访问接口执行对象操作。本申请还提供了相应的数据操作和垃圾回收方法，本申请可以达到降低成本，保证性能的一致性，隔离IO资源等效果，适合于在数据中心等应用场景使用。

技术领域

本申请涉及但不限于存储技术，更具体地，涉及一种存储器、存储系统、主机及数据操作、垃圾回收方法。

背景技术

固态硬盘(SSD：Solid State Drives)是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，主要由控制器和闪存(Flash)芯片组成，控制器运行固件(Firmware)实现各种处理逻辑。NVMe SSD是一种标准SSD产品形态，NVMe(Non-volatile Memory Express)是一种为非易失介质定义的接口技术。Flash分NAND Flash和NOR Flash，NOR Flash的存储内容以编码为主，NAND Flash主要功能是存储资料。在大容量存储领域，SSD一般选择NAND Flash。NANDFlash以物理页(page)为单位写入，以擦除块(erase Block)为单位擦除。

NVMe SSD对外体现逻辑块设备接口，NVMe SSD内部维护大量的内存数据，以实现复杂的映射操作逻辑，该逻辑称之为闪存映射表(FTL)。FTL用于将NAND Flash的物理页地址(PPA：Pphysical Page Address)转换成存储系统使用的逻辑区块地址(LBA，LogicalBlock Address)，以与传统的磁盘接口兼容。所有数据在SSD内部采用追加写(AppendWrite)的方式在NAND Flash中进行记录，不能在Page内部实现原地写(overwrite)，因此NVMe SSD内部通过log-structured的方式对数据进行组织。

追加写带来了垃圾回收(Garbage Collection)问题，该垃圾回收机制由SSD内部控制器上运行的固件控制，对上层应用透明。另外，Flash具有一定的擦写次数限制，因此通过内部的磨损平衡(Wear leveling)方式均衡使用寿命，最大化Flash的使用年限。除了上述NVMe SSD要实现的处理逻辑还包括坏块管理(Bad block mgnr)、命令处理(Commander)、日志管理(Journal)、非易失性内存(NVRAM：Non-Volatile RAM)管理、闪存通道控制器(FCC：Flash Channel Controller)、独立磁盘冗余阵列(RAIN：Redundant Array ofIndependent NAND)、IO调度(IO Scheduler)、资源分配(Allocator)、磨损均衡、低密度奇偶校验码(LDPC：Low Density Parity Check Code)编解码等等，而与数据布局相关的存储逻辑包括地址映射和垃圾回收。NVMe SSD的内部逻辑如图1所示，存储系统采用LBA的接口方式对SSD进行访问。

SSD内部的复杂处理逻辑导致其至少存在如下几个方面的问题：

成本高：SSD内部采用大量内存存放映射表，增加了成本。另外，垃圾回收的前提是要提供空闲区域来拷贝，很多SSD内部有大量的预留存储空间(OP，Over Provisioning)，通常OP在20％以上。OP越大，垃圾回收就会越快，相应写放大会变小。但OP过大浪费成本。

性能一致性差：由于SSD内部存在复杂的垃圾回收机制，在内部形成了IO背景噪声，对正常的业务IO流造成影响，导致性能抖动，一致性变差。