[发明专利]一种面向混合固态硬盘的闪存转换层及转换方法

说明书

本发明公开了一种面向混合固态硬盘的闪存转换层，所述闪存转换层包括一个地址映射缓冲区，所述地址映射缓冲区由全局翻译目录GTD、映射页缓存槽TPCS、热映射缓存表Hot‑CMT和冷映射缓存表Cold‑CMT组成；所述GTD用于记录每个翻译页的实际物理页号，所述TPCS用于当前映射项在缓存中不命中时，缓存当前加载映射项所属的整个映射页，所述Hot‑CMT用于缓存频繁访问的写映射项，所述Cold‑CMT用于缓存读映射项和不频繁访问的写映射项；所述Hot‑CMT和Cold‑CMT记录映射项的逻辑页号LPN、物理页号PPN。本发明解决了利用多种介质构建SSD的闪存转换层设计问题。实现了映射项的统一管理，提升混合SSD的性能、降低其单位容量成本，较好实现质A和介质B之间的磨损均衡，延长混合SSD的使用寿命。

技术领域

本发明涉及计算机存储系统领域，具体涉及一种面向混合固态硬盘的闪存转换层及其转换方法。

背景技术

随着固态硬盘(Solid State Disk,SSD)设计技术的不断进步，SSD与传统的机械硬盘相比，具有读写速度快、功耗低、重量轻、防震抗摔等诸多优点，这使得SSD在计算机存储领域逐渐流行开来。

目前，主流的SSD的存储介质是NAND闪存。NAND闪存具有如下物理特性：(1)仅提供读、写、擦除三种操作，三种操作的性能不对称，其中读速度最快，写次之，擦除最慢。(2)闪存按页(page)、块(block)、平面(plane)的结构进行组织，页是读/写的最小单位，块是擦除的最小单位。(3)闪存不支持原地更新，闪存擦除后只能写一次，即写前擦除(erase beforewrite)，这造成巨大的开销。(4)闪存的每个存储单元的编程/擦除(P/E)次数有限，超过次数后的闪存存储单元存储数据将不再可靠。

由于NAND闪存具有上述特点，在SSD设计中，一般需要一个闪存转换层(FlashTranslation Layer,FTL)，负责隐藏NAND闪存的上述特性，将SSD模拟成只具有读写操作的传统硬盘的形式，以适应当前的文件系统。

FTL的关键技术有地址映射、垃圾回收和磨损均衡三个模块。地址映射负责将来自文件系统的逻辑地址映射为闪存中的物理地址，一般有页级映射、块级映射和混合映射三种映射方式。垃圾回收负责将擦除块操作后的无效页进行回收，让无效页可以重复利用。磨损均衡负责使各个块之间的磨损速率尽量一致，防止部分块由于磨损过快导致提前损坏。

闪存芯片包括3类，SLC(Single-Level Cell，即1bit/Cell)、MLC(Multi-LevelCell，即2bit/Cell)和TLC(Trinary-Level Cell，即3bit/Cell)。上述三种介质的性能SLC最好，MLC次之，TLC较差；但是单位存储容量的成本方面SLC最高，MLC次之，TLC最低。以前，SSD主要采用同质结构，即采用同一种闪存介质构建SSD。现在，为实现性能与成本的折衷，开始出现异质结构的SSD，即采用不同的存储介质来构建底层的物理存储，如SLC与MLC、SLC与TLC构建混合SSD。

本发明针对使用两种存储介质构建的混合SSD，即性能较好的存储介质A和另一种性能次之的存储介质B(如A为SLC，B为MLC或TLC；或者A为MLC，B为TLC)，公布了一种面向混合固态硬盘的闪存转换层及其转换方法，以更好地实现混合SSD在性能和成本之间的折衷。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种面向混合固态硬盘的闪存转换层及其转换方法。既保证混合SSD的高性能和低成本折衷，又实现介质A和介质B之间的磨损均衡，延长混合SSD的使用寿命。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：