[发明专利]一种固态硬盘页级闪存转换层设计方法

说明书

本发明公开了一种固态硬盘页级闪存转换层设计方法。本发明将NAND闪存划分为两个部分：数据块区域和翻译块区域，数据块区域用于储存常规用户数据，翻译块区域只储存映射信息，且整个闪存采用基于页的映射。RAM被分为W‑CMT、R‑CMT、GTD三个部分：W‑CMT用于储存高访问频次的写数据映射信息；R‑CMT用于储存高访问频次的读数据映射信息、GTD用于记录映射块中的地址映射项。本发明实现高灵活性的页级映射的同时，极大程度上减少由于数据更新导致的翻译页频繁更新，进而提升整体系统性能，延长固态硬盘使用寿命。

技术领域

本发明属于固态硬盘固件优化设计领域，具体涉及了一种固态硬盘页级闪存转换层设计方法。

背景技术

随着云计算、移动互联网等新一代信息技术的快速发展，数据量呈现出指数级增长，由此对于数据的处理和存储提出了更高的要求。得益于半导体技术的快速发展，一种以NAND为介质的固态硬盘，由于其高速的读写速率等诸多优点而取代传统硬盘。

NAND闪存的结构特性：1)以页(page)、块(block)、平面(plane)从小到大嵌套组成。2)基本操作分为：读、写、擦除，读与写以页为基本单位，擦除以块为基本单位。3)读、写、擦除三种操作的响应时间不同，读最快，写次之，擦除最慢。4)写入数据前必须进行擦除，即不支持原地更新。5)擦除次数有限，超过一定的擦除阈值，NAND闪存的整体性能就会大幅下降，即使用寿命有限。

由于NAND闪存特殊的结构，传统的文件系统无法直接应用在固态硬盘上，所以闪存转换层(Flash Translation Layer，FTL)应运而生。闪存转换层是处于上层文件系统与底层NAND存储介质之间的中间软件层，用以隐藏闪存的擦除特性，只提供读写操作，并完成逻辑地址与物理地址之间的映射，使闪存适用于经典的文件系统。广义的闪存转换层在完成地址映射之外，还包括磨损均衡和垃圾回收。

针对操作的细粒度不同，闪存转换层设计可以分为三类：基于页的闪存转换层设计、基于块的闪存转换层设计以及混合的闪存转换层设计。由于基于页的闪存转换层操作粒度更细，使其具有很强的灵活性，在垃圾回收过程中有效减少有效页复制次数，能够充分利用闪存的所有物理空间。所以本发明也采用了一种固态硬盘的页级闪存转换层设计。

基于页的闪存转换层通过建立逻辑页与物理页之间的映射关系，每一个页都有一个映射项，使得映射表占用大量空间，且随着闪存容量增大，映射表会迅速增大。而为了快速的响应请求，映射信息通常存放在RAM，极大增加了成本与功耗。DFTL是一种经典的纯页级闪存转换层设计，其通过将NAND闪存划分为数据块和翻译块，并在RAM中添加全局翻译表，来实现按需的将储存在翻译块的映射信息提取到RAM中，以避免RAM随着闪存增大而无休止的增大。但由于写请求导致映射项的不断改变，当改变后的映射对因为有限的RAM空间不得不回写至翻译页时，会造成翻译页的频繁更新，从而影响固态硬盘系统性能，以及减少NAND闪存寿命。

发明内容

针对上述现有技术的不足之处，本发明公布一种固态硬盘页级闪存转换层设计，实现高灵活性的页级映射的同时，极大程度上减少由于数据更新导致的翻译页频繁更新，进而提升整体系统性能，延长固态硬盘使用寿命。

为实现本发明的目的，本发明采用以下技术方案：

一种固态硬盘页级闪存转换层设计方法，其将NAND闪存划分为两个部分：数据块区域和翻译块区域，数据块区域用于储存常规用户数据，翻译块区域只储存映射信息，且整个闪存采用基于页的映射。RAM被分为W-CMT、R-CMT、GTD三个部分：W-CMT用于储存高访问频次的写数据映射信息；R-CMT用于储存高访问频次的读数据映射信息、GTD用于记录映射块中的地址映射项。

所述转换层工作过程如下：

S1，访问请求到达，判断请求是否在W-CMT命中：若命中，执行S2；否则执行S4。