[发明专利]基于逻辑饱和度选择用于垃圾收集的大容量存储装置流

说明书

描述了一种方法。该方法包括跟踪具有指向大容量存储装置的读取和写入命令的多个流中的每个流的逻辑饱和度值，其中，流的逻辑饱和度值是大容量存储装置的流的分配的存储资源中有多少包含有效数据的测量。该方法还包括重复地选择多个流中与其它流相比具有最低逻辑饱和度值的任何一个流用于垃圾收集。

技术领域

本发明的领域整体上涉及计算系统，并且更特别是涉及基于逻辑饱和度选择用于垃圾收集的大容量存储装置流。

背景技术

图1描绘固态驱动器（SSD）101。SSD的闪速存储资源103可被视为包括多个（R个）闪存管芯，其中每个闪存管芯包括多个（K个）单独可写入的闪速存储单元块。这里，跨越R个管芯的相同位置的块对应于闪存块的“带”。因此，由于每个管芯有K个单独可写入的块并且每个SSD有R个闪存管芯，所以在SSD内有K个带，每个带具有R个存储块。块是擦除数据的基本物理单位。以页粒度对写入进行编程，并且以通常作为数据的可校正码字维护的某一较小的访问大小来访问读取。

将数据写入到闪速存储器是复杂的过程。由于数据不能直接在闪存上重写，因此必须首先擦除旧数据，在其之后可以写入新数据。闪存“回收”不再具有有效数据的物理区域的过程被称为“垃圾收集”。垃圾收集过程需要合并来自闪存块的有效数据，将其写入到不同的块，并且然后擦除原始块，这释放了其用于新数据的空间（并且有效地移除其无效数据）。因为以块粒度执行擦除，所以块是回收物理存储资源的基本单位。

块内的数据的寿命变化越大（其中，寿命对应于数据在块中无变化地停留的时间量），垃圾收集过程越影响性能。即，如果平均数据块内的数据项的寿命变化很大，则垃圾收集过程将花费更多的时间来在擦除原始数据块之前将有效数据项重写到其它块（被称为“写入放大”的低效率）。相比之下，如果平均数据块包含具有统一/相同寿命的数据，则理想地，在垃圾收集期间花费很少的时间/不花费时间来重写有效数据，这是因为所有的块的数据在相同的时间窗内变得无效，并且，可以擦除整个块而不用重写任何有效数据（当垃圾收集开始时，整个块无效）。

因此，目前和未来的高速非易失性存储器（NVMe）规范（其是用于通过高速外围组件接口（PCI）（PCIe）链路访问非易失性存储介质的开放逻辑装置接口规范）包括“流”技术，在其中主机将相应的速度附加到要被写入到NVMe兼容装置（例如，固态驱动器（SSD））中的数据项。速度值指示数据项的预期寿命。SSD将在相同数据块中存储具有相似/相同寿命的数据项，使得最小化写入放大（其中具有相同/相似寿命的数据对应于特定流）。

通常，在运行时间期间，SSD需要决定哪些块应当作为垃圾收集的目标。用于决定哪个流接下来要回收其块的传统策略/算法基本上是基于流数据速率，由此具有包含较长预期寿命（较低数据速率）的数据的流比具有包含较短预期寿命（较高数据速率）的数据的流更频繁地被选择用于回收。该方法的基本假设是SSD等待回收具有较短预期寿命数据的流的时间越长，当它最终开始对该流的垃圾收集时，该流的无效内容将越大。因此，应当产生较少的写入放大。

附图说明

从结合以下附图的以下详细描述中可以获得对本发明的更好理解，在附图中：

图1示出固态驱动器；

图2示出不同流的有效率；

图3示出用于选择用于垃圾收集的流的改进过程；

图4示出在固态驱动器的运行时间上的不同流的逻辑饱和度值；

图5示出改进的固态驱动器；

图6示出计算系统。

具体实施方式

然而，流方法的问题是SSD处理的具有不同数据速率和/或不同访问行为模式的流越多，避免写入放大越难。本质上，在背景技术中讨论的仅基于流数据速率来选择用于垃圾收集的流的算法过于简单化。