[发明专利]主机与设备协同工作的闪存转换层构建方法及装置

说明书

本发明公开了一种主机与设备协同工作的闪存转换层构建方法及装置，其中，方法包括：通过CMB使主机和设备共享数据；记录逻辑地址到物理地址的映射关系和闪存块的闪存页信息；在垃圾回收时，将待回收闪存块地址、闪存页有效状态和逻辑地址、有效页迁移的目的地址组成的信息写入CMB，并向设备发送垃圾回收请求，从CMB读取信息，并迁移有效页数据至目的地址，擦除无效闪存块，将闪存信息表更新写入CMB，向主机报告垃圾回收完成信息，从CMB获取闪存信息表的更新数据，并修改主机的地址映射表和闪存信息表。该方法能够利用CMB和设备的计算资源，减少垃圾回收的主机与设备间的数据传输，优化少量持久化写操作，降低开销，提供更低更稳定的I/O延迟。

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，特别涉及一种主机与设备协同工作的闪存转换层构建方法及装置。

背景技术

闪存(Flash Memory)是一种电子式可擦除编程存储器。与传统的磁盘介质相比，闪存具有读写带宽高、访问延迟低、功耗低、稳定性强的特点，目前已经开始在数据中心、个人电脑、移动设备上普及。闪存以页为单位进行读写，当闪存重写一个页之前，需要先进行擦除操作。闪存以块为单位进行擦除，一个闪存块中包含几百个闪存页。闪存的单元具有有限次的P/E(Programming/Erase，擦写)操作，即每个闪存单元具有有限的寿命。

以闪存为基础构建的SSD(Solid State Drive，固态盘)采用设备端的FTL(FlashTranslation Layer，闪存转换层)对闪存的读写擦除进行管理，并向软件系统提供与传统磁盘相同的读写接口。FusionIO、Open-Channel SSD等将闪存的读写擦除接口暴露给主机，在主机端实现FTL。FTL主要负责地址映射、垃圾回收、磨损均衡和ECC(Error CorrectionCode)校验等。地址映射机制维护了一个地址映射表，用于将I/O请求的逻辑地址映射到闪存设备中的物理地址，由于闪存具有“写前擦除”的特性，FTL采用日志式的更新机制对数据进行更新。FTL将新版本的数据通过地址映射写入到空闲的闪存页中，并将存有就版本数据的闪存页标记为无效。当SSD中的空闲闪存块数量低于阈值时，FTL进行垃圾回收操作，根据无效页数量等参数确定待回收的闪存块，将其中的有效页复制到新的闪存块空闲页中，最后将原闪存块标记为无效。

然而，现有的主机端FTL在垃圾回收时，将闪存块数据从设备读取到主机端，再将有效页数据写回设备；用户写回的数据、维护一致性的检查点数据需要持久化到闪存上。这些操作开销较大，增加了前台的I/O延迟。

发明内容

本申请是基于发明人对以下问题的认识和发现做出的：

NVM Express(NVMe)是用于主机软件与非易失存储子系统通信的接口协议，针对SSD进行了优化。CMB(Controller Memory Buffer，控制器内存缓存)是NVMe协议定义的，在NVMe设备控制器上的一段能用多种目的的内存。该段内存能够暴露给主机使用，支持通用的内存读写操作，对于主机于设备都是可见的。控制器通过设置CMBSZ寄存器，指示这段内存使用的目的。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种主机与设备协同工作的闪存转换层构建方法，该方法利用CMB和设备的计算资源，减少垃圾回收的主机与设备间的数据传输，优化少量持久化写操作，降低开销，提供更低更稳定的I/O延迟。

本发明的另一个目的在于提出一种主机与设备协同工作的闪存转换层构建装置。