[发明专利]一种固态盘的缓存管理方法

摘要

本发明公开了一种固态盘的缓存管理方法，其实施步骤如下：建立页缓存、替换块缓存、新页链表、物理块链表、物理页状态表；接收来自主机的IO请求并通过页缓存执行，在执行写请求时若页缓存未命中且页缓存无空闲空间时跳转执行固态盘的块替换流程，即优先释放页缓存中的“有效”页空间，在页缓存中“有效”页数量为0时，选取物理块链表后一半物理块中失效比率最大的候选替换块作为替换块，利用替换块缓存执行块替换写入流程。本发明能够有效利用有限的缓存空间并增加缓存的命中率、使得写入Flash介质中的块包含尽量多的脏数据页和尽量少的有效数据页以减少擦除操作及其带来的页复制操作、后续的垃圾回收操作简单。

主权项

一种固态盘的缓存管理方法，其特征在于实施步骤如下：1）预先在固态盘的缓存中建立用来存储缓存数据的页缓存和用来存储替换块的替换块缓存，然后在固态盘的缓存中建立新页链表、物理块链表、物理页状态表；新页链表用于记录页缓存中的待写入固态盘的逻辑页号；物理块链表用于记录页缓存中的逻辑页所对应的物理块号的信息，物理块链表中的每一个结点为一个用于记录该物理块内所有带有数据及有效标识位的“脏”页的“脏”页链表；物理页状态表用于记录固态盘中每个物理页的数据“有效”、“失效”、“干净”三者之一的状态信息；2）接收来自主机的IO请求，如果IO请求为读请求则跳转执行步骤3）；如果IO请求为写请求则跳转执行步骤4）；3）优先读取页缓存中的逻辑页，当页缓存未命中时，通过FTL从固态盘上读取逻辑页，且将逻辑页数据存入页缓存，更新物理块链表的“脏”页链表并将所述逻辑页对应物理页的状态标记为“有效”；最终将逻辑页数据返回给主机并跳转执行步骤2）；4）判断写请求的逻辑页是否在页缓存中命中，当在页缓存命中时，将逻辑页存入页缓存，更新物理块链表的“脏”页链表，并将所述逻辑页对应物理页的状态标记为“失效”，将写入完成结果返回给主机并跳转执行步骤2）；当在页缓存未命中时进一步判断页缓存是否有空闲空间，当页缓存未命中且页缓存有空闲空间时，查询物理页状态表获取写入逻辑页对应物理页的状态，如果状态为“有效”，则将逻辑页存入页缓存，更新物理块链表的“脏”页链表，在物理页状态表中将所述逻辑页对应物理页的状态修改为“失效”，如果状态为“干净”则添加到新页链表，最终将写入完成结果返回给主机并跳转执行步骤2）；当在页缓存未命中且页缓存无空闲空间时，跳转执行步骤5）；5）初始化设置变量“有效”页数量的值为0；从物理块链表的表尾向表头遍历每一个“脏”页链表，对每一个“脏”页链表从表尾向表头遍历每一个“脏”页，根据有效标识位判断当前“脏”页是否有效，若有效则释放页缓存的相应逻辑页并删除“脏”页链表中的相应结点，将“有效”页数量加1，判断“有效”页数量等于预设数值是否成立，若成立则跳转执行步骤7）；若当前“脏”页的有效标识位为“失效”，则判断下一个“脏”页的有效标识位；当所有“脏”页遍历完成以后，判断“有效”页数量是否为0，若为0则转步骤6）；若“有效”页数量不为0，则跳转执行步骤7）；6）首先将物理块链表后一半的物理块作为候选替换块，查找物理页状态表获取各个候选替换块中状态信息为“失效”的失效页数量和状态信息为“有效”的有效页数量，通过失效页数量除以有效页数量计算每一个候选替换块的失效比率，比较各个候选替换块的失效比率，选取失效比率最大的候选替换块作为替换块，将替换块中的页按照页内偏移位置写入替换块缓存，将该替换块内的有效页预读到替换块缓存中，释放这些页在页缓存中所占的空间；判断替换块缓存是否写满，若替换块缓存已满，则跳转执行步骤7）；若替换块缓存未满，则遍历替换块的每一个页判断当前页是否有数据，若当前页有数据，则跳转下一页的判断处理，若当前页无数据，则判断新页链表的表尾是否指向页缓存中的某一个逻辑页，若表尾指向页缓存中的逻辑页则将数据写入替换块中的当前页并删除新页链表中的相应页、释放该页在页缓存中的空间，并返回遍历替换块的下一个页直至遍历完成；若当前页无数据，则跳转执行步骤7）；7）将替换就绪的消息发给块写入模块，释放页缓存中替换块中的页所占的空间，返回执行步骤4）。