一种提高闪存固态盘寿命的方法及高寿命闪存固态盘技术

本发明专利技术适用于计算机存储领域，提供了一种提高闪存固态盘寿命的方法及高寿命闪存固态盘，该方法包括：将闪存数据块分类为正常块、再利用块和坏块，并定时更新；将感知到的存储数据请求分类为准确数据请求和近似数据请求；将常规数据分配到正常块，将近似数据分配到再利用块；通过冗余校验信息对存储数据进行存储管理；根据正常块、再利用块和坏块的数量比例执行动态垃圾回收管理。本发明专利技术通过继续使用带有错误单元的闪存数据块存储近似数据以延长闪存固态盘的使用寿命，并采用相互独立的多种错误率数据块组成的具有冗余能力的条带结构进行数据存储管理，以及对数据块动态分配并配合动态垃圾回收进一步提高固态盘的读写可靠性。

A Method to Improve the Life of Flash Solid State Disk and High Life Flash Solid State Disk

The invention is applicable to the field of computer storage, and provides a method for improving the life of flash solid-state disk and a high-life flash solid-state disk. The method includes: classifying flash data blocks into normal blocks, reusing blocks and bad blocks, and updating them regularly; classifying perceived storage data requests into accurate data requests and approximate data requests; allocating conventional data to normal blocks, and approaching them. Similar data is allocated to reuse blocks; stored data is managed by redundancy check information; dynamic garbage collection management is implemented according to the proportion of normal blocks, reuse blocks and bad blocks. The invention further improves the read and write reliability of the solid state disk by continuing to store approximate data with flash data blocks with error units to prolong the service life of the flash solid state disk, adopting a redundant strip structure composed of independent multiple error rate data blocks for data storage management, and dynamically allocating data blocks with dynamic garbage collection.

【技术实现步骤摘要】
一种提高闪存固态盘寿命的方法及高寿命闪存固态盘
本专利技术属于计算机存储领域，尤其涉及一种提高闪存固态盘寿命的方法及高寿命闪存固态盘。
技术介绍
目前，基于闪存(Flash)的固态硬盘(SSD)以其读写速度快、能耗低、体积小等特点使其广泛的应用在数据存储中心，被认为是下一代主流存储设备。但随着闪存技术的发展，固态硬盘的容量不断增大的同时，其使用寿命短的问题变得越来越严重，典型的三阶存储单元(TLC)闪存的写/擦除寿命仅有几千次。其原因就是由于随着闪存块擦除操作的增多，一些数据块无法达到百分百的存储正确率，从而缩短了固态盘的寿命。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种高寿命闪存固态盘，旨在解决现有固态盘因闪存块多次擦除操作而影响使用寿命的问题。本专利技术实施例是这样实现的，一种提高闪存固态盘寿命的方法，所述方法包括下述步骤：将闪存数据块分类为正常块、再利用块和坏块，并定时更新，所述正常块提供百分百准确度的数据；将感知到的存储数据请求分类为准确数据请求和近似数据请求；将所述准确数据请求存储的常规数据分配到所述正常块，将所述近似数据请求存储的近似数据分配到再利用块；通过冗余校验信息对存储数据进行存储管理；根据所述正常块、所述再利用块和所述坏块的数量比例执行动态垃圾回收管理，从而加速闪存固态盘的替换时间，提高寿命。本专利技术实施例的另一目的在于，提供一种高寿命闪存固态盘，所述闪存固态盘包括主机逻辑接口、固态盘控制器、闪存数据块和数据块恢复单元，所述固态盘控制器包括：数据块分配器，用于将闪存数据块分类为正常块、再利用块和坏块，并定时更新，所述正常块提供百分百准确度的数据；所述数据块分配器还将感知到的存储数据请求分类为准确数据请求和近似数据请求，并将所述准确数据请求存储的常规数据分配到所述正常块，将所述近似数据请求存储的近似数据分配到再利用块；条带管理器，用于通过冗余校验信息对存储数据进行存储管理；垃圾回收，用于根据所述正常块、所述再利用块和所述坏块的数量比例执行动态垃圾回收管理，从而加速闪存固态盘的替换时间，提高寿命。本专利技术实施例通过继续使用带有错误单元的闪存数据块存储近似数据以延长闪存固态盘的使用寿命，并采用相互独立的多种错误率数据块组成的具有冗余能力的条带结构，进行数据存储管理，还通过对数据块动态分配并配合动态垃圾回收方式进一步提高了闪存固态盘的读写可靠性。附图说明图1为本专利技术实施例提供的提高闪存固态盘寿命的方法的流程结构图；图2为本专利技术实施例提供的高寿命闪存固态盘的结构图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术实施例通过继续使用带有错误单元的闪存数据块存储近似数据以延长闪存固态盘的使用寿命，并采用相互独立的多种错误率数据块组成的具有冗余能力的条带结构，进行数据存储管理，还通过对数据块动态分配并配合动态垃圾回收方式进一步提高了闪存固态盘的读写可靠性。图1示出了本专利技术实施例提供的电池电量检测电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本专利技术相关的部分。作为本专利技术一实施例，该提高闪存固态盘寿命的方法可以应用于近似计算应用中，比如图像分析和视频编解码数据等。对于计算机的图像应用，通常可以容忍大约20％的数据错误率，因此，通过存储设备读取的含有一定错误率的数据作为输入依然可以满足近似应用的需求，这样不仅能够减少存储开销，也能够在一定程度上通过降低校验码的强度以提升固态盘的读写性能。该提高闪存固态盘寿命的方法包括下述步骤：在步骤S101中，数据块分配器将闪存数据块分类为正常块、再利用块和坏块，并定时更新，正常块提供百分百准确度的数据；在步骤S102中，数据块分配器将感知到的存储数据请求分类为准确数据请求和近似数据请求；在步骤S103中，数据块分配器将准确数据请求存储的常规数据分配到正常块，将近似数据请求存储的近似数据分配到再利用块；在步骤S104中，条带管理器通过冗余校验信息对存储数据进行存储管理；在步骤S105中，固态盘控制器根据正常块、再利用块和坏块的数量比例执行动态垃圾回收管理，从而加速闪存固态盘的替换时间，提高寿命。在本专利技术实施例中，当应用程序产生的数据访问请求下发到闪存固态盘存储系统中时，固态盘控制器根据不同应用程序产生的数据进行不同的处理。一般应用程序生成的数据请求访问闪存的正常数据页上，而近似数据可以存储在含有错误单元的闪存数据块中，从而可以有效的增加闪存块的使用次数从而延长了整个闪存盘的使用寿命。随着擦除次数的增加，存储近似数据的闪存数据块有更大的概率产生更多的错误单元，因此本专利技术利用相互独立的多种错误率数据块组成的具有冗余能力的条带技术(RedundantArrayofIndependentNANDwithHybridError-rate,RAINHE)来保障近似数据的可靠性，使得近似数据的最大错误率能够满足近似应用所能容忍的。此外，随着擦除次数的增加等错误源的影响，不同类型的闪存数据块的数量是动态变化的，因此本专利技术基于闪存盘中不同类型的数据块数量提出了动态垃圾回收策略，从而在整个固态盘生命周期中保证提升固态盘的读写性能。作为本专利技术一实施例，步骤S101，将闪存数据块分类为正常块、再利用块和坏块的具体步骤为：在未进行数据存储前，将闪存数据块标记为正常块；定时将正常块中由于数据存储、擦除导致不能被纠错码纠正位错误的闪存数据块标记为再利用块，再利用块的错误率小于最大错误阈值；定时将再利用块中由于数据存储、擦除导致错误率大于或等于最大错误阈值的闪存数据块标记为坏块。在本专利技术实施例中，将NAND闪存的数据块分为三类：正常块、再利用块和坏块。正常块表示在ECC的保护下，能够提供百分百准确度的数据。随着擦除次数的增多，正常块中会产生一些不能由纠错码纠正的位错误。当数据块存在不可纠正的位错误时，且错误率小于阈值W(W为下文中的错误检测码所能检测到的最大错误率)，则标记此数据块为再利用块。由于再利用数据块本身含有的错误位，因此利用此类型数据块存储数据时，错误数据将持久性的存储到闪存中。随着越来越多的擦除次数及数据滞留时间的影响，当再利用块的错误率超过设定的阈值W时，则标志此块为坏块，不会再被使用。在本专利技术实施例中，由于常规数据和近似数据有不同的数据准确度要求，因此本专利技术根据不同的数据类型采取不同的管理策略。常规数据请求则调用传统的系统调用接口。数据要求完整的数据准确度，因此只分配到正常块上。不同的近似数据有不同的错误容忍率，因此设备驱动层功能被提升使其能够传递近似数据的错误容忍率。然后固态盘控制器解析从设备驱动层传递下来的I/O请求，一个近似数据请求的接口定义如下：Approx_read(Buf，LPN，Size，Tolerance)；Approx_write(Buf，LPN，Size，Tolerance)。其中，Buf指向近似数据的内存地址，LPN为起始页号，Size是数据块的长度，Tolerance代表了近似数据的错误容忍率。Tolerance用32位浮点类型表示，其百分值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高闪存固态盘寿命的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：将闪存数据块分类为正常块、再利用块和坏块，并定时更新，所述正常块提供百分百准确度的数据；将感知到的存储数据请求分类为准确数据请求和近似数据请求；将所述准确数据请求存储的常规数据分配到所述正常块，将所述近似数据请求存储的近似数据分配到再利用块；通过冗余校验信息对存储数据进行存储管理；根据所述正常块、所述再利用块和所述坏块的数量比例执行动态垃圾回收管理，从而加速闪存固态盘的替换时间，提高寿命。

【技术特征摘要】
1.一种提高闪存固态盘寿命的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：将闪存数据块分类为正常块、再利用块和坏块，并定时更新，所述正常块提供百分百准确度的数据；将感知到的存储数据请求分类为准确数据请求和近似数据请求；将所述准确数据请求存储的常规数据分配到所述正常块，将所述近似数据请求存储的近似数据分配到再利用块；通过冗余校验信息对存储数据进行存储管理；根据所述正常块、所述再利用块和所述坏块的数量比例执行动态垃圾回收管理，从而加速闪存固态盘的替换时间，提高寿命。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将闪存数据块分类为正常块、再利用块和坏块的具体步骤为：在未进行数据存储前，将闪存数据块标记为正常块；定时将所述正常块中由于数据存储、擦除导致不能被纠错码纠正位错误的闪存数据块标记为再利用块，所述再利用块的错误率小于最大错误阈值；定时将所述再利用块中由于数据存储、擦除导致错误率大于或等于最大错误阈值的闪存数据块标记为坏块。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过冗余校验信息对再利用块上存储数据进行存储管理的步骤具体为：当发生错误率偏差时，通过条带管理器上的冗余校验信息恢复所述再利用块上的数据，以保证近似数据的可靠性。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，再利用块管理器按照所述再利用块错误率的大小划分高错误率和低错误率两种数据块，每个闪存通道上利用先进先出的链表组织管理可用的再利用块；在存储所述近似数据时，所述条带管理器从多个通道中的链表中选取相对应错误率的再利用块组成条带，并记录条带信息；对于具有不同错误率的再利用块，通过“写数据-读数据-比对”的方式获得准确的错误率并按照先进先出的方式放入到对应错误率的再利用块链表中。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述正常块、所述再利用块和所述坏块的数量比例变化，所述闪存固态盘分为青年阶段、中年阶段和老年阶段；所述青年阶段，Pn大于Tn，Tn为第一阈值；所述中年阶段，Pn小于或等于Tn，且Pe大于Te，Te为第二阈值；所述老年阶段，Pn小于Tk，所述Tk为第三阈值；Nn为当前闪存固态盘中正常块的数量，Ne为当前闪存固态盘中再利用块的数量，Nsum为当前闪存固态盘中闪存数据块的总数，Pn+Pe<1；针对所述闪存固态盘的青年阶段，对具有少量有效页的正常块进行垃圾回收操作，对再利用块不采取垃圾回收操作；针对所述闪存固态盘的中年阶段，对再利用块进行错误率判断，垃圾回收器标记再利用块上删除的数据块为预无效，当条带上的所有存放数据的数据块被删除时，则标记对应条带上的所有数据块为无效，对标记为无效的数据块进行垃圾回收；对正常块，对标记为无效的数据块进行垃圾回收，若无效的数据块不足，则垃圾回收器选择有效页最少的预无效数据块或有效数据块进行垃圾回收；针对所述闪存固态盘的老年阶段，垃圾回收器将无效的高错误率再利用块标记为坏块，当删除条带上为常规数据时，解除预无效标记，并将对应条带上的校验数据和常规数据从新计算并将新的条带校验信息更新到可用的正常块上，删除的数据块则被标记为无效，以加速所述闪存固态盘的替换时间，保证数据可靠性。6.一种高寿命闪存固态盘，其特征在于，所述闪存固态盘包括主机逻辑接口、...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵子立，韩磊，陈仁海，
申请(专利权)人：香港理工大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44