[发明专利]3D闪存固态盘系统的数据缓存划分方法及数据分配方法

说明书

本发明公开了一种3D闪存固态盘系统的数据缓存划分方法及数据分配方法，包括：将数据缓存划分为数据页缓存和写回页缓冲，将写回页缓冲划分为N₁个大小为N₂个页大小的写回页子缓冲；处理请求时，若请求写入的数据页LPN命中数据页缓存，则更新数据页缓存，请求处理结束；若数据页缓存不命中且未满，则将数据页LPN写入数据页缓存，请求处理结束；若数据页缓存不命中且已满，则替换出脏数据页LPN'，并将数据页LPN写入数据页缓存；确定用于存储脏数据页LPN'的目标写回页子缓冲，并将脏数据页LPN'写入其中；若目标写回页子缓冲已满，则动态地将其中的脏数据页写入闪存。本发明能够将顺序数据写入闪存不同的并行操作单元，有效提高系统的读性能。

技术领域

本发明属于固态盘存储技术领域，更具体地，涉及一种3D闪存固态盘系统的数据缓存划分方法及数据分配方法。

背景技术

目前，全球数据存储量呈现爆炸式增长，企业及互联网数据以每年50％的速率在增长，据信息技术研究机构预测，到2020年，全球数据量将达到35ZB。日益剧增的海量数据给大数据应用提供了广阔的发展前景，大数据存储已成为存储领域急需解决的问题。以闪存为存储介质的固态硬盘(solid state disk，SSD)具有更低的延时和能耗，更快的数据处理速度，更好的抗震性能，更高的可靠性和耐用性等优势，因此逐渐替代传统硬盘应用于存储解决方案中。

传统的闪存将闪存单元布局在一个平面内，所以也叫做平面闪存或2D闪存。随着闪存制造工艺的飞速发展,闪存的制程不断减小,从开始的50nm级发展到现在已经到了10nm级。闪存芯片的容量也有了飞速的增长。但是由于闪存单元(Flash Cell)的物理特性，芯片密度的增加并不是无限的，在一定程度后，单纯缩小制程已经无法带来优势了。3D闪存采用立体堆叠的方式，更合理的利用了空间，能够进一步提升闪存的芯片容量。同时，3DFlash不仅在于采用立体、垂直堆叠的方式来提高颗粒中包含芯片的数量，而且抛弃了传统的浮栅极MOSFET结构，采用了用控制栅极和绝缘层(Charge Trap)将MOSFET环形包裹起来的方式，能够提高产品的使用寿命。因此，相比于传统的2D闪存，3D闪存能够更好地解决大数据存储的问题。

固态盘中数据的分配方法是指为需要写到固态盘中的逻辑页确定一个固态盘空白物理页地址的方法。现有的数据分配算法主要是针对传统2D Flash多次编程的写入特性，采用静态、动态和混合的分配方法以达到利用固态盘中并行性的目的。但是，3D闪存采用一次性编程(one-shot programming)的方式写入数据页，即一次性将多个数据页写入闪存的同一个并行操作单元上，采用传统的数据分配算法将带来并行性下降的问题，具有顺序性的数据不能被并行读取，导致读性能下降，从而降低固态盘的整体性能。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种3D闪存固态盘系统的数据缓存划分方法及数据分配方法，其目的在于，结合3D闪存一次性编程的特性，将连续的数据分配到闪存不同的并行单元上，以提高数据的并行读取性能，进而提高系统的整体性能。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种3D闪存固态盘系统的数据缓存划分方法，包括：

将系统中的数据缓存划分为数据页缓存和写回页缓冲，数据页缓存用于在处理I/O页级请求时缓存待写入的数据页，写回页缓冲用于在数据页缓存发生替换操作时存储被替换出的脏数据页；

将写回页缓冲划分为N₁个写回页子缓冲，与系统中的N₁个并行操作单元一一对应；写回页子缓冲的大小为N₂个页大小，用于存储不具有顺序性的N₂个脏数据页，且写回页子缓冲满后，由3D闪存的一次性编程操作将其所存储的N₂个脏数据页写入闪存中的同一并行操作单元，由此使得具有顺序性的数据页被写入3D闪存中不同的并行操作单元；