[发明专利]数据贮存装置的垃圾回收方法

说明书

本发明公开了一个数据贮存装置用一种垃圾回收方法。数据贮存装置包括一个NAND闪存，NAND闪存包括若干数据区块，每一个数据区块包括若干数据页。在垃圾回收方法中，从数据区块选一个目的数据区块。把用户数据写入目的数据区块以前，为目的数据建立若干映像表来记录用户数据的逻辑地址与实体地址的关系，并建立一个关联性位图。关联性位图中的每一个位对应一个映像表。然后，选择一个待回收数据区块。然后，依待回收数据区块的关联性位图读取相关映像表。然后，逐一判断待回收数据区块的全部数据页是否在相关映像表里。若待回收数据区块的一数据页在相关映像表里，则把数据页设为有效数据页。然后，把有效数据页的数据写入目的数据区块。

技术领域

本发明有关于数据贮存装置，特别有关于数据贮存装置的垃圾回收方法。

背景技术

闪存转换层(Flash Translation Layer:FTL)泛指实现于闪存的韧体算法。闪存分为NOR和NAND闪存。以下主要讨论NAND闪存的FTL(或称NFTL)。NAND闪存的闪存，不论SLC(Single-Level Chip)或MLC(Multi-Level Chip)，有三个物理特性。第一，写过的地址须抹除后方能再写。第二，一次读或写的单位小而一次抹除的单位大。举例而言，一次读或写的单位是一数据页(Page)而一次抹除的单位是一数据区块(Block)。通常，一数据区块包括许多数据页。第三，每一数据区块的抹除次数受限。举例而言，SLC的抹除次数的限制是约100000次，MLC的抹除次数之限制是约10000次。

如图1所示，一个FTL管理一个NAND闪存，并连接一个文件系统。NAND闪存被分成若干数据区块。

如图2所示，每一数据区块有若干数据页及若干备用部(Spare)。如上所述，对FTL而言，读及写的最小单位是一数据页，抹除的最小单位是一数据区块。数据页贮存用户数据。备用部，又称作元数据(Metadata)，贮存关于对应数据页的信息，例如这数据页对应的逻辑位置及ECC信息。

FTL的主要工作是处理逻辑地址(Logic Address)与实体地址(PhysicalAddress)的映像关系(Mapping)。所以，FTL会用一些表格记录这些关系，方便查表及写入。FTL在写入后，更新表格。FTL在内存里配置表格空间，并在写满表格后，把数据从该表格下刷到NAND闪存。NAND闪存的数据区块简单被分为数据区块及表格区块。数据区块贮存用户数据，表格区块贮存表格。

图3至图5显示写入及回收的简单范例。图中的表格为实体页码(Physical PageNumber:PPN)及数据的对应。

如图3所示，数据区块1000有三笔数据x、y及z。数据区块2000是一个空闲的(free)数据区块，里面没任何数据。

如图4所示，更新x的数据，也就是为同一个逻辑地址(图未示)把一笔新的数据x’写入PPN是3的那数据页。此时，PPN是0的那数据页的数据就变成无效数据(invaliddata)。写满数据区块1000时，它包含有效数据(valid data)及无效数据。

如图5所示，数据区块1000被回收以前，数据区块1000的有效数据页会被写入数据区块2000。然后，数据区块1000就被抹除，变回空闲数据区块。

当NAND闪存的可用的空间降到一个水位，FTL就会执行垃圾回收(GarbageCollection:GC)。垃圾回收有几个步骤。首先，从一个数据区块区域(Data Block Area:DBA)挑选一个待回收数据区块(victim block)，例如图4所示的数据区块1000。其次，挑选一个目的数据区块(destinationblock)，例如图4所示的数据区块2000。接着，搬待回收数据区块中有效数据页到目的数据区块。最后，抹除并释放待回收数据区块。这流程会一直被执行，直到空闲数据区块数目回到另一个水位之上为止。