[发明专利]一种具有磨损均衡意识的固态硬盘垃圾回收的方法

说明书

本发明公开了一种具有磨损均衡意识的固态硬盘垃圾回收的方法，包括以下步骤：步骤S1：在同批次NAND Flash中随机挑选一片进行破坏性实验，记录每个物理块的P/E次数，生成RECT表；步骤S2：从RECT中挑选P/E次数最多的物理块作为下次写入的物理块；步骤S3：内存中维护一张IVPT表，记录每个物理块的无效页个数；步骤S4：SSD是否为空闲状态，是则跳转步骤S5，否则跳转步骤S6；步骤S5：在RECT中寻找Cold Block和Hot Block，交换各自有效页，跳转步骤S4；步骤S6：若满足垃圾回收条件，从IVPT中选取无效页最多的物理块作为牺牲对象，将有效页搬移到新的物理块中，回收该物理块，跳转步骤S4。

技术领域

本发明涉及数据存储领域，尤其涉及一种具有磨损均衡意识的固态硬盘垃圾回收的方法。

背景技术

近十多年来，随着大数据、云计算等互联网行业的蓬勃发展，全球已全面进入数字化信息时代，人们所触及之处都会产生数据，数据量呈现着爆发式的增长。目前研究显示90％的数据都是在近几年内产生，并且每年仍然以50％的速率持续增长。随着数据量的不断增长，对存储的需求也在快速增长。机械硬盘作为现代信息储存的三大支柱之一，由于其本身机械结构和存储方式，在读写速率、功耗、发热等方面无法得到有效的改善，使得机械硬盘的I/O性能与计算机整体I/O性能差距逐渐增大，现已成为制约计算机整体性能提升的重要瓶颈。

半导体行业的蓬勃发展，推出了新的存储设备：固态硬盘(Solid State Driver，SSD)。SSD是由控制芯片和存储芯片组成，采用半导体作为存储芯片的介质，无需任何机械装置，不存在需要寻道，降低了I/O请求访问延迟，提高底层带宽，同时以功耗低、抗震防摔、体积小等优点逐渐取代机械硬盘。

SSD的工作方式是基于NAND Flash的物理特性，NAND Flash的存储方式不同于硬盘的磁介质存储，如有限的擦除次数，异地更新，以及最小写入单位是页，最小擦除单位是块等。为屏蔽NAND Flash的物理特性，部分研究人员在SSD中引入了闪存转换层的概念(Flash Translate Layer，FTL)，FTL负责将SSD模拟成传统机械硬盘的形式，文件系统无需关心底层NAND Flash型号，以便现有的文件系统能够直接对SSD进行操作。

目前现有FTL算法中执行效率最高的是页级映射算法，同时在页级映射算法的基础上相关研究人员进一步提出了改进算法，基于需求的页级映射算法(称为DFTL)，DFTL解决了页级映射表容量过大的问题。

DFTL将所有的映射信息都存放到NAND Flash中，称为GMT(Global MappingTable)；并在内存中缓存了文件系统最近所访问的部分记录，称为CMT(Cache MappingTable)。由于DFTL中采用的是“异地更新”机制，当文件系统对NAND Flash中的数据进行更新时，DFTL并不是直接在原数据上进行覆盖，而是将新数据写入到新的物理页中，将源数据标记为无效数据，但无效数据并没有被真实删除，仍然占据NAND Flash的物理空间。

DFTL算法长时间运行后，NAND Flash中的无效数据会越来越多，即可用的真实物理空间越少。因此，怎样才能快速回收NAND Flash的物理空间，并且能够延长NAND Flash的使用寿命，是目前急需解决的关键技术。

故，针对现有技术的缺陷，实有必要提出一种技术方案以解决现有技术存在的技术问题。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种具有磨损均衡意识的固态硬盘垃圾回收的方法，从而能够快速回收NAND Flash的可用物理空间，同时能够兼顾到NAND Flash的磨损均衡，使得NAND Flash能够达到最大使用寿命。

为了克服现有技术存在的技术缺陷，本发明的技术方案如下：

一种具有磨损均衡意识的固态硬盘垃圾回收的方法，包括以下步骤：