[发明专利]一种优化触发机制的SSD垃圾回收方法及固态硬盘

说明书

本发明公开了一种优化触发机制的SSD垃圾回收方法及固态硬盘,其特征在于根据SSD空闲空间的大小设置两级阈值应对GC操作不同的紧迫程度:设置不可中断阈值H和可中断阈值T；当SSD空闲空间比例FP小于H时，立刻触发GC，且不可中断；当FP介于H和T之间时，触发可中断GC；当FP高于T时，不触发GC；不可中断阈值H和可中断阈值T按如下方式计算确定:H＝aE+b(1‑V_p)；T＝AE+B(1‑V_p)+cI_p。根据不同的空间消耗，设置两级阈值，赋予垃圾回收操作不同的紧迫程度；为两种不同GC请求和正常读写请求设置优先级，保证三种请求互不干扰。

技术领域

本发明涉及存储技术领域，尤其涉及一种一种优化触发机制的SSD垃圾回收方法及固态硬盘。

背景技术

由于NAND flash的固有特性，在program之前需要进行erase，而且erase操作以block为单位进行，SSD使用过程中会产生碎片页，需要通过垃圾回收的方式回收失效页。然而垃圾回收机制会降低SSD的性能，同时缩减SSD的寿命。特别是SSD快写满时会频繁触发垃圾回收机制GC，严重降低SSD的性能。目前的GC机制通过设置较低的空闲空间阈值来作为触发条件，这会导致使用后期垃圾回收的频繁触发，严重影响性能。

图1是当前使用的GC流程示意图，主机文件系统通过闪存转换层FTL(Flashtranslation layer)对SSD进行访问，FTL包括缓存管理模块、地址映射模块和垃圾回收GC模块，FTL通过存储设备驱动层NFC对NAND Flash的物理存储空间进行访问。NAND Flash颗粒具有写前擦除的特性，这样导致大量碎片化的无效页，为保证SSD的正常使用，需要对无效页进行垃圾回收操作，即擦除选定的目标快以供用户再次使用。由于NAND flash的读写颗粒度(以page为单位)和擦除颗粒度(以block为单位)不一样，在擦除一个block之前，需要先将有效数据搬移到新block。一次完整的GC操作包括三个步骤：1、选择需要回收的失效目标块；2、迁移目标块中的数据到其他块中；3、擦除目标块。什么时候触发GC是尤为重要。

图2是现有垃圾回收触发机制流程图,一般只设有一级阈值，通过动态调整阈值来控制GC触发时间。如当写请求A到达时,获取有效页和无效页的比例,判断有效页和无效页的比例是否大于预先设定的阀值,阀值可以动态的设定,如果大于则触发GC操作,一旦触发GC,将无法中断GC，这样势必影响SSD正常的读写请求时延，影响SSD性能。

发明内容

针对以上缺陷，本发明目的在于如何降低垃圾回收对主机响应的影响。

为了实现上述目的，本发明提供了一种优化触发机制的SSD垃圾回收方法,其特征在于根据SSD空闲空间的大小设置两级阈值应对GC操作不同的紧迫程度:设置不可中断阈值H和可中断阈值T；当SSD空闲空间比例FP小于H时，立刻触发GC，且不可中断；当FP介于H和T之间时，触发可中断GC；当FP高于T时，不触发GC；不可中断阈值H和可中断阈值T按如下方式计算确定:

H＝aE+b(1-V_p)；

T＝AE+B(1-V_p)+c I_p；

其中，E表示SSD预留空间比例，由SSD厂商设定；V_p是有效页比例；I_p是无效页比例；a、b、c、A、B均为权值系数，a取0.3～0.5，b取0.1～0.3，A取0.5～0.7，B取0.1～0.4，c取0.1～0.3，且0<H<T<1。