[发明专利]一种提高混合映射算法的日志块读写性能的方法

说明书

本发明涉及NAND Flash存储器数据读写领域，公开了一种提高混合映射算法的日志块读写性能的方法，该方法通过现有的混合映射算法的日志块的映射粒度调整为N倍的512B，并且N*512B能够被NAND Flash的页容量整除，同时根据NAND Flash存储器的页容量来构建多个缓存器，在写入数据时，先通过缓存器，在写入到NAND Flash存储器中，在读取时，先将数据导入缓存器中，在从缓存器中返回数据。本发明通过调整日志块的映射粒度能够实现读写性能的提升，其中N越小，对性能的改善越显著，但是随之而来的时映射表项的倍增，所以在实际应用当中，可以综合权衡性能和映射表项之间的关系，取一个合适的N值，达到性能优化的目的。

技术领域

本发明涉及NAND Flash存储器数据读写领域，尤其涉及一种提高混合映射算法的日志块读写性能的方法。

背景技术

半导体行业的蓬勃发展，出现了高性能的存储器NAND Flash，NAND Flash存储器使用半导体作为存储介质，具有高速、低能耗和防震等优点，被广泛应用到U盘，SD卡等便携式存储设备和现在最流行的固态硬盘当中。虽然NAND Flash有着众多优点，但其本身也存在一些不足，其中最大的缺点是其擦除寿命有限，从最初的SLC型NAND Flash的10万次擦除寿命到MLC型NAND Flash的5000次擦除寿命再到最近TLC NAND Flash的1500次左右的擦除寿命，使得NAND Flash的应用依赖FTL算法，该类算法能够显著提升NAND Flash的使用寿命，混合映射算法是其中一种典型的算法代表，该算法将NAND Flash从逻辑上分为了日志块和数据块两类，日志块采用页映射方式，数据块采用块映射方式，映射方式如图1所示。其数据写入和读取数据的流程如下：当主机需要写入数据时，首先从日志块中分配一块空闲块写入数据，当该块写满后，将日志块转换成数据块，重新分配数据块以备后续写入流程；当主机需要读取数据时，先从日志块中查询是否有有效数据，若有则从日志块中读取数据，若无，则到数据块中寻找有效数据。NAND Flash还有个缺点就是读和写是以页为单位，擦除是以块为单位的，另外，NAND Flash不支持原文更新，只能采用异地更新策略。

图2是一款典型的NAND Flash逻辑结构图。该款NAND Flash是镁光公司的L85A型NANDflash，每个页有16384KB容量，每个块共有512个页，即16384KB*512＝8MB容量。单个页读取理论时间为115μs，单个页写入的理论时间为1600μs。

上述论述中阐述了基于混合映射算法中日志块的映射粒度为页，也即对日志块的操作是按照页的粒度进行的，每次读和写都是一整页的数据。但是由于历史原因，目前的操作系统对磁盘的操作粒度最小为512字节，也就说实际应用当中，操作系统访问磁盘的粒度小于一个NAND Flash的物理页，但是此时由于NAND Flash的特性限制，访问NAND Flash时依然是以一个物理的页为单位进行的。例如，当主机需要写入4笔512字节数据到指定地址ADDR1，ADDR2，ADDR3，ADDR4时，假定日志块中有足够多的空闲页能够满足写入需求，混合映射算法处理流程如下：

(1)将指定地址ADDR1按照16KB的粒度划分，计算得出目的地址LOG_ADDR1＝ADDR1/16KB；

(2)查找日志块中逻辑地址LOG_ADDR1对于的物理页地址PHY_ADDR1,写入第一笔512B数据到NAND Flash中，同时更新页映射表；

(3)重复步骤1，得出LOG_ADDR2,查找日志块中逻辑地址LOG_ADDR2对于的物理页地址PHY_ADDR2,写入第二笔512B数据到NAND Flash中，同时更新页映射表；

(4)重复步骤1，得出LOG_ADDR3,查找日志块中逻辑地址LOG_ADDR3对于的物理页地址PHY_ADDR3,写入第三笔512B数据到NAND Flash中，同时更新页映射表；