[发明专利]一种固态硬盘读写请求并行处理方法

说明书

本发明公开了一种固态硬盘读写请求并行处理方法。本发明由地址映射模块、通道分配模块、通道队列模块、待处理队列模块、数据缓冲区和垃圾回收模块六部分组成。在预处理过程中，对于读写请求，计算对应的读写通道，然后发送到通道对应的读写队列；在闪存访问过程中，根据请求到达顺序从各个通道的读写队列中并行调度；对于垃圾回收，采用主动与被动相结合的方式，以减少垃圾回收对固态硬盘读写性能的影响。本发明利用固态硬盘内部的通道级并行结构，以页为单位，通过合理调度以实现数据写入和读出最大化并行，从而极大程度减少请求的平均响应时间，提升系统整体性能。

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读写请求并行处理方法。

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，数据量呈现指数增长的趋势，因此对数据的存储速度和带宽提出了更高的要求。基于NAND闪存的固态硬盘由于其高性能、低功耗、无噪声等诸多优点称为目前主流的存储设备之一。

固态硬盘采用的NAND闪存具有以下特点：1)以页(page)、块(block)、平面(plane)、晶圆(die)从小到大嵌套组成。2)基本操作分为：读、写、擦除，读与写以页为单位，擦除以块为单位。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，不支持原地更新。5)擦除次数有限，超过一定的擦除次数，NAND闪存的整体性能就会大幅下降，使用寿命有限。

由于闪存芯片独特的操作特点，固态硬盘需要在固件中增加闪存转换层(FlashTranslation Layer，FTL)来管理数量众多的闪存芯片。闪存转换层将固态硬盘模拟成只具有读写操作的传统硬盘，将上层文件系统的读写请求转换为闪存的操作命令。具体来说，闪存转换层需要完成逻辑地址与物理地址之间的映射，控制各个闪存芯片的磨损均衡，对无效的数据进行垃圾回收。

固态硬盘内部拥有丰富的内部并行机制。一般的固态硬盘由多个独立通道组成，每个独立通道连接多个独立的闪存芯片；每个芯片包含多个晶圆；每个晶圆包含多个平面；每个平面包含多个块，每个块包含多个页。因此固态硬盘内部包括通道级并行、芯片级并行、晶圆级并行和平面级并行。在闪存转换层对请求处理的过程中，利用闪存内部并行机制，让读写请求并行地访问闪存，将大幅度减少请求响应时间。

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读写请求并行处理方法。本发明利用固态硬盘内部的通道级并行结构，以页为单位，通过合理调度以实现数据写入和读出最大化并行，从而极大程度减少请求的平均响应时间，提升系统整体性能。

为实现本发明的目的，本发明采用以下技术方案：

一种固态硬盘读写请求并行处理方法，它由地址映射模块、通道分配模块、通道队列模块、待处理队列模块、数据缓冲区和垃圾回收模块六部分组成。地址映射模块负责实现请求的逻辑地址到物理地址的映射，采用页级映射方式，由地址映射表和页分配模块组成；通道分配模块负责计算请求中每个页实际需要访问的通道；通道队列模块由每个通道的队列组成，每个通道的队列分为读请求队列和写请求队列，读写访问请求以页为单位插入到通道的读写队列；待处理队列保存通道分配完成、但实际闪存读写未全部完成的请求，按先进先出的方式完成待处理队列的调度；数据缓冲区用来暂存从闪存中读出的数据；垃圾回收模块负责固态硬盘无效块的回收，完成垃圾回收操作。

一种固态硬盘读写请求并行处理方法，其处理流程包括预处理，闪存访问和垃圾回收三个过程，且三个过程可并行执行，其具体步骤如下。

当有新的读写请求到达，且待处理队列不满时，触发预处理流程，其具体工作过程如下：

P1，判断到达请求类型：若是读请求，执行P2；否则为写请求,执行P4。

P2，调用地址映射模块，访问地址映射表，获取读请求每个逻辑页对应的物理页号PPN。