[发明专利]一种面向页级FTL的缓冲区改进方法

说明书

本发明公开了一种面向页级FTL的缓冲区改进方法。本发明步骤如下：1、将RAM分成请求类型区分模块、随机请求处理区模块和连续请求处理区模块；2、请求类型区分模块判断到达请求的类型，且交由相应的请求处理区模块处理；3、若请求的数据页在RAM时，则立即得到服务。服务时，需判断请求的读写类型，若是写请求，则在缓冲区中进行数据覆盖实现更新；反之，则直接从缓冲区中读取数据。4、连续请求处理模块中的数据页被二次访问时，则将该数据页加载到随机请求处理区模块中。5、当随机请求处理区模块满时，根据LRU策略以簇为单位剔除；当连续请求处理区模块满时，根据FIFO策略以簇为单位剔除。本发明有着很好的实用性和应用前景。

技术领域

本发明属于固态硬盘算法设计技术领域，公开了一种面向页级FTL的缓冲区改进方法。

背景技术

缓冲区算法设计是SSD固件设计中一个非常关键的问题，特别是对中高端的SSD的性能和寿命优化，缓冲区算法设计起着至关重要的作用。由于数据访问具有较高的时间局部性和空间局部性特征，缓冲区算法设计可以将访问频繁的数据缓存在缓冲区中，以减少对闪存的直接访问，提高CPU的读写效率。

数据置换策略是缓冲区算法设计的一个关键问题。传统的页级置换策略，即置换粒度为1个页。页级置换策略的优势在于细粒度的区分每个页的访问特点，缓冲区命中率更高，缺点在于可能会使闪存产生大量的存储碎片，而存储碎片过多会明显增加垃圾回收的开销。传统的块级置换策略，充分考虑了闪存良好的顺序写性能，以聚簇的方式将缓冲区中同一个逻辑块的数据页聚集在一起进行管理，缓冲区满后剔除也按照块进行，即将同一个逻辑块的数据页全部置换出缓冲区。块级置换策略的优势和劣势正好与页级置换策略相反。

再者，缓冲区结构设计是缓冲区算法设计的另一个关键问题。在硬盘访问中，更新频率与请求大小是相关的。当到来的请求大于4KB时，更新频率会明显降低。如果将访问频率较低的连续请求缓存到缓冲区后，会造成缓冲区污染，即没有时间局部性的数据占据了宝贵的存储空间，从而造成缓冲区的空间利用率下降。但是，直接将连续请求送给FTL处理，效果也不好，因为存在一个连续请求中的某个数据被二次访问，甚至是多次访问的现象。

终上所述，设计一个优秀的缓冲区改进算法对提升SSD的整体性能至关重要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种面向页级FTL的缓冲区改进方法。通过本发明，在固态硬盘缓冲区管理层设计中，有着很好的实用性和应用前景。

本发明解决其技术问题采用的技术方案包括如下步骤：

步骤1、将固态硬盘中的RAM分成请求类型区分模块、随机请求处理区模块和连续请求处理区模块3个模块；

随机请求处理区模块：用来缓存随机请求的数据页，若连续请求处理区模块中的数据页累计被二次访问，也会加载到随机请求处理区模块中。

连续请求处理区模块：用来缓存具有高空间本地性请求(即连续请求)的数据页。在连续请求处理区模块中利用连续请求的高空间本地性，通过预取一组数据页到连续请求处理区模块，提升了连续请求处理区模块对连续请求的处理能力，从而进一步了提升系统的整体性能。

请求类型区分模块：用来判断新到来请求的请求类型，即区分请求是随机请求还是具有高空间本地性的连续请求。

步骤2、当请求到来时，请求类型区分模块判断该请求的请求类型。若该请求是随机请求，则将该请求交给随机请求处理区模块处理，若是连续请求，则交给连续请求处理区模块处理；

步骤3、若请求的数据页在随机请求处理区模块或在连续请求处理区模块时，即可立即得到服务。在服务的过程中判断该请求的读写类型，若是写请求，则用请求中的数据对该请求对应的模块中的旧数据页的数据进行覆盖，以实现更新。反之，则直接从模块中读取数据。