用于在固态驱动器中适应垃圾收集资源分配的机制制造技术

描述了与用于快速适应将到来的I/O(输入/输出)工作负载的垃圾收集资源分配的机制相关的方法和装置。在一个实施例中，非易失性存储器存储与第一工作负载和第二工作负载相对应的数据。在非易失性存储器中一个或多个资源的分配是至少部分地基于一个或多个块的平均有效性的确定而确定的，其中一个或多个候选带将在第一工作负载或第二个工作负载的操作期间被处理。其他实施例也被公开并且被要求保护。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在固态驱动器中适应垃圾收集资源分配的机制相关申请本申请要求根据35U.S.C.365(b)的在2015年3月27日提交的美国申请No.14/672,084的权益。所述申请No.14/672,084的全部内容通过引用包含于此。
本公开大体上涉及电子的领域。更具体地，一些实施例大体上涉及用于管理固态驱动器(SSD)中的存储器分配的机制。
技术介绍
通常，用于将数据存储在计算系统中的存储器可以是易失性的(用于存储易失性信息)或非易失性的(用于存储持久的信息)。存储在易失性存储器中的易失性数据结构通常用于在程序的运行时期间支持程序的功能所需的临时或中间信息。另一方面，存储在非易失性(或持久的)存储器中的持久的数据结构在程序的运行时之外是可用的，并且可以被重复使用。此外，在用户或程序员决定使数据变得持久之前，新数据通常首先被生成作为易失性数据。例如，程序员或用户可以引起由处理器直接可存取的易失性主存储器中的易失性结构的映射(即实例化)。另一方面，持久的数据结构被实例化在非易失性存储设备(如附接到输入/输出(I/O或IO)总线的旋转磁盘)或基于非易失性存储器的设备(如闪存或固态驱动器)上。附图说明参考附图来提供详细的描述。在附图中，附图标记的最左边的数字标识其中附图标记首次出现的图像。在不同的附图中使用相同的附图标记指示类似或相似的项目。图1和图4-图6示出了可以被用于实现本文讨论的各种实施例的计算系统的实施例的框图。图2A和图2C示出了根据一些实施例的用于计算用于垃圾收集的资源分配的不同方法的框图。图2B、图2D、图2E和图2F示出了根据一些实施例的样本曲线的图。图3示出了根据实施例的固态驱动器的各种组件的框图。具体实施方式在下面的描述中，阐述了许多具体细节，以便提供对各种实施例的全面的理解。然而，可以在没有具体细节的情况下实施各种实施例。在其他实例中，未详细描述公知的方法、过程、组件和电路，以免使特定实施例难以理解。此外，可以使用以下各种单元来执行实施例的各种方面，例如集成半导体电路(“硬件”)、组织成一个或多个程序(“软件”)的计算机可读指令、或硬件和软件的某些组合。针对本公开的目的，对“逻辑”的引用可以表示硬件、软件、固件或其某种组合。通常，当SSD为空的时，随机写入带宽可以人为地是高的。空的表示刚刚开箱的或紧随安全擦除操作之后的。SSD处于空状态时，在数据被写入SSD之前通常后台清理(垃圾收集(garbagecollection))不会被执行。当数据被写入驱动器时，它将达到称为稳态的级别，其中写入和垃圾收集被适当地平衡以测量SSD的性能。此外，其中驱动器被写入的方式是HDD(硬盘驱动器)和SSD之间的主要区别。通过更换盘片上的磁信息，数据可以在任何时间被覆写到HDD。使用SSD，信息不能被覆写，这是因为SSD是由NAND闪存组成的。通常，NAND存储器被布置为页面；页面被布置为块。数据只能被写入到空的或(例如新的)被擦除的页面中。当驱动器是新的，所有页面都是空的并因此可以被快速写入。当被写入到驱动器的页面中的大部分或全部已满时，因此块被擦除，以便针对将被写入的新数据留出空间。擦除只能以块而不是单个页面为单位发生。为了使数据的擦除和移动成为可能，SSD具有不被计算到驱动器的所宣称的容量中的额外的NAND。这样的额外的NAND的量因驱动模型号而不同。额外的NAND或备用区域被使用，因此驱动器可以执行写入，即使驱动器已充满数据时。由于固态驱动器(SSD)朝向更低成本、更高容量NAND技术发展时，带(band)大小也随着NAND擦除块(其是NAND介质中的最小擦除粒度，或者叫“EB”)大小的增大而增大。如本文所讨论的，“带”通常是指由跨越一定数量的NAND管芯的相同的EB组成(或另外包含所述相同的EB)的逻辑结构或块。更新的SSD具有更少数量的更大的带。通常，垃圾收集的主要目的是释放由无效数据占用的空间。如本文所讨论的，“无效数据”通常是指过时的并且不再被认为是可用的数据。例如，ATATrim命令(根据至少一个指令集架构)允许主动将包含用户数据(但该用户数据不再被使用的)NAND块标记为无效。这就允许通过在内部垃圾收集活动期间消除移动过时的数据的需要来使SSD的更加有效。而且，这种方法在大量数据被丢弃之后改进了写入性能。除了其主要目的之外，一些SSD垃圾收集机制可以在损耗均衡和后台数据刷新(BDR)期间处理移动的有效数据，同时维持一致的SSD性能。为了执行所有这些功能，一定数量的带被保留以用于垃圾收集。这些保留的带不计入驱动器的有效备用。如本文所讨论的，“有效备用”通常是指驱动器中超出逻辑报告容量的额外物理容量的量。随着带大小的增加，垃圾收集所需的保留带继续占用与SSD的有效备用不同的物理空间的更大的百分比，降低了性能并减小了SSD寿命(或增加了写入放大(WA))。此外，初始垃圾收集设计趋向于针对实现简单性来权衡有效备用，并允许额外保留的带来满足特定的工作负载性能一致性目标。然而，随着带大小的增加，权衡不再是成本有效的。此外，基于对工作负载的系统理解，在稳态期间，空闲空间生产以与使用一定量的资源的主机消耗相同的速率进行。然而，在工作负载转换期间，垃圾收集可能需要适应其资源分配，这可能导致其落后于主机。因此，在工作负载转换期间，与被生产的空闲空间相比，主机可以更快地消耗空闲空间，并且如果不被正确地管理，则其他系统服务可能缺乏空闲空间，并且整个SSD可能失败。为了防止在工作负载转换期间发生灾难性的故障，当垃圾收集适应其资源并跟上主机时，垃圾收集可以使用其带中的一些作为保留空间以用于主机消耗。消耗的保留空间的量取决于资源多快适应于新的工作负载。通过允许垃圾收集更快地适应其资源，针对垃圾收集所保留的带中的一些可以被释放并被返回作为SSD的有效备用。为此，一些实施例涉及用于快速适应针对将到来的(例如，I/O(输入/输出))工作负载的垃圾收集资源分配并且使固态驱动器(SSD)有效备用容量最大化的机制。实施例提供了通过使垃圾收集的操作备用需求最小化来动态地使SSD的有效备用最大化的能力。通过(例如，适时地)增加有效备用，SSD性能被改进、写入放大减少、并且整体驱动器寿命增加。此外，如果存在对预期用户或客户工作负载的良好理解，在SSD上需要更少的NAND介质来实现目标备用级别，从而减少材料清单(BOM)成本。而且，虽然参考NAND介质讨论了一些实施例，但是实施例不限于NAND介质，并且可以被应用于NOR介质。此外，即使参考SSD(例如，包括NAND和/或NOR类型的存储器单元)讨论了一些实施例，但是实施例不限于SSD，并且可以用于其他类型的非易失性存储设备(或非易失性存储器(NVM))，包括例如以下中的一个或多个：纳米线存储器、铁电晶体管随机存取存储器(FeTRAM)、磁阻随机存取存储器(MRAM)、闪存、自旋转移力矩随机存取存储器(STTRAM)、电阻式随机存取存储器、字节可寻址三维交叉点存储器、PCM(相变存储器)等。本文讨论的技术可以被提供到各种计算系统(例如，包括非移动计算设备(例如桌上型计算机、工作站、服务器、托架系统等)以及移动计算设备(例如智能电话、平板计算机、UMPC(超级移动个人计算机)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：非易失性存储器，其用于存储与第一工作负载和第二工作负载相对应的数据；以及用于至少部分地基于对在所述第一工作负载或所述第二工作负载的操作期间将被处理的一个或多个块的平均有效性的确定，来确定所述非易失性存储器中的一个或多个资源的分配的逻辑。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.27 US 14/672,0841.一种装置，包括：非易失性存储器，其用于存储与第一工作负载和第二工作负载相对应的数据；以及用于至少部分地基于对在所述第一工作负载或所述第二工作负载的操作期间将被处理的一个或多个块的平均有效性的确定，来确定所述非易失性存储器中的一个或多个资源的分配的逻辑。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述逻辑用于确定针对垃圾收集逻辑以及与所述非易失性存储器耦合的主机的所述一个或多个资源的所述分配。3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述垃圾收集逻辑用于释放在所述非易失性存储器中的由无效数据占用的空间。4.根据权利要求2所述的装置，其中，用于确定所述一个或多个资源的所述分配的所述逻辑包括所述垃圾收集逻辑。5.根据权利要求1所述的装置，其中，逻辑用于至少部分地基于对在从所述第一个工作负载到所述第二个工作负载的转换期间将被处理的所述一个或多个块的平均有效性的所述确定，来确定所述非易失性存储器中的所述一个或多个资源的所述分配。6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述逻辑用于确定所述一个或多个资源的所述分配以使得所述非易失性存储器的有效备用空间增加。7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述逻辑用于确定所述一个或多个资源的所述分配以使得所述非易失性存储器中的写入放大减少。8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二工作负载是紧随在所述第一工作负载之后的。9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一工作负载是空的或空闲的工作负载。10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述非易失性存储器和所述逻辑在相同的集成电路设备上。11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述非易失性存储器包括以下中的一个：纳米线存储器、铁电晶体管随机存取存储器(FeTRAM)、磁阻随机存取存储器(MRAM)、闪存、自旋转移力矩随机存取存储器(STTRAM)、电阻式随机存取存储器、相变存储器(PCM)以及字节可寻址的三维交叉点存储器。12.根据权利要求1所述的装置，其中，SSD包括所述非易失性存储器和所述逻辑。13.一种方法，包括：将与第一工作负载和第二工作负载相对应的数据存储在非易失性存储器中；并且至少部分地基于对在所述第一工作负载或所述第二工作负载的操作期间被处理的一个或多个块的平均有效性的确...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·R·米耶尔克，M·A·戈莱斯，D·J·佩尔斯特，P·D·鲁比，X·郭，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国,US