[发明专利]一种基于硬件的固态硬盘读命令自动整合的方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于硬件的固态硬盘读命令自动整合的方法及系统，其中涉及的自动整合的方法，包括：S1.获取主机发送的读命令，根据获取的读命令进行优先级的分类整理，并对分类整理后的读命令进行选取；S2.对选择的读命令基于映射表单次读取单元进行切分，得到切分后的读命令片段；S3.将得到的读命令片段基于映射表进行查询，得到读命令物理目标地址；S4.识别读命令物理目标地址在闪存中的页边界，并根据页边界对读命令进行再次切分；S5.将根据页边界切分后的读命令放入再整合缓冲区中进行整合；S6.将再整合缓存区内命中相同闪存页的读命令根据条件再次整合；S7.重新执行步骤S5‑S6，当缓冲区的命令整合超时和/或超过预设次数时，停止整合。

技术领域

本发明涉及固态硬盘技术领域，尤其涉及一种基于硬件的固态硬盘读命令自动整合的方法及系统。

背景技术

随着云计算、云存储、大数据和元宇宙等各种远端数据业务的需求，存储业务越来越多的被布置到远端服务器上，这对存储数据的反应速度要求越来越高，同时对存储的成本控制和功耗要求也越来越高。固态硬盘被发明用来适应这一技术发展的潮流，其超快的反应速度和大容量的进出口资源相较传统机械硬盘有着明显的优势。其中读取数据的性能和延迟更是固态硬盘中最重要的参数指标，是主控之间技术竞争的核心参数。

传统的重复读取命令优化的方案多为通过预读取再利用缓存(cache)命中的方法，这种方法会出现缓存没有命中造成的惩罚以及缓存换进换出和查询缓存造成的延迟问题。

现有技术存在以下问题：

1.实际测试中发现随机数据cache(高速缓冲存储器)命中率其实非常低，实际用户场景很可能cache利用率很低，造成了芯片设计资源的浪费，并且要承受由于cache不命中带来的延迟增大惩罚。

2.即使cache有命中相隔时间跨度一般也很大，如果要提高命中率需要提升cache的容量，这会造成cache占有芯片大量内存，增加了芯片的成本和功耗以及设计的复杂度。

3.已知整合命令方式通常只能整合连续相关的命令且增加延迟。

4.已知整合命令方式通常由软件实现，性能限制且无法跟随硬件资源和系统负载动态调整。

5.硬盘有多个主机线程访问时，关联的读数据访问(例如连续数据或数据库中有规律间隔或关联的数据)可能短时间内被交叉。所以优化短时间内读命令命中相同闪存页边界依然可以在此场景下提高读命令的性能、延迟和功耗来满足特定客户得需求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种基于硬件的固态硬盘读命令自动整合的方法及系统，能够在大量关联读命令访问硬盘时讲读命令进行整合，从而减少了固态硬盘闪存的访问命令和延迟，对特定场景的数据类型访问情形下(例如关联数据多次读取、关联数据和随机数据混合)固态硬盘的读性能和延迟以及功耗都有较大的改进。相较于传统的cache设计方案在提高读性能延迟和降低功耗的同时，具有硬件设计消耗资源很小可控，没有命中失败惩罚，延迟灵活可控的优点；相较于软件或硬件实现的只能进行连续命令命中整合的方法，具有更高的整合效率，整合延迟惩罚可控的和无需关心计算整合起始时间点的优点。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于硬件的固态硬盘读命令自动整合的方法，包括：

S1.获取主机发送的读命令，根据获取的读命令进行优先级的分类整理，并对分类整理后的读命令进行选取；

S2.对选择的读命令基于映射表单次读取单元进行切分，得到切分后的读命令片段；

S3.将得到的读命令片段基于映射表进行查询，得到读命令物理目标地址；

S4.识别读命令物理目标地址在闪存中的页边界，并根据页边界对读命令进行再次切分；