一种优化触发机制的SSD垃圾回收方法及固态硬盘技术

本发明专利技术公开了一种优化触发机制的SSD垃圾回收方法及固态硬盘,其特征在于根据SSD空闲空间的大小设置两级阈值应对GC操作不同的紧迫程度:设置不可中断阈值H和可中断阈值T；当SSD空闲空间比例FP小于H时，立刻触发GC，且不可中断；当FP介于H和T之间时，触发可中断GC；当FP高于T时，不触发GC；不可中断阈值H和可中断阈值T按如下方式计算确定:H＝aE+b(1‑Vp)；T＝AE+B(1‑Vp)+cIp。根据不同的空间消耗，设置两级阈值，赋予垃圾回收操作不同的紧迫程度；为两种不同GC请求和正常读写请求设置优先级，保证三种请求互不干扰。

【技术实现步骤摘要】
一种优化触发机制的SSD垃圾回收方法及固态硬盘
本专利技术涉及存储
，尤其涉及一种一种优化触发机制的SSD垃圾回收方法及固态硬盘。
技术介绍
由于NANDflash的固有特性，在program之前需要进行erase，而且erase操作以block为单位进行，SSD使用过程中会产生碎片页，需要通过垃圾回收的方式回收失效页。然而垃圾回收机制会降低SSD的性能，同时缩减SSD的寿命。特别是SSD快写满时会频繁触发垃圾回收机制GC，严重降低SSD的性能。目前的GC机制通过设置较低的空闲空间阈值来作为触发条件，这会导致使用后期垃圾回收的频繁触发，严重影响性能。图1是当前使用的GC流程示意图，主机文件系统通过闪存转换层FTL(Flashtranslationlayer)对SSD进行访问，FTL包括缓存管理模块、地址映射模块和垃圾回收GC模块，FTL通过存储设备驱动层NFC对NANDFlash的物理存储空间进行访问。NANDFlash颗粒具有写前擦除的特性，这样导致大量碎片化的无效页，为保证SSD的正常使用，需要对无效页进行垃圾回收操作，即擦除选定的目标快以供用户再次使用。由于NANDflash的读写颗粒度(以page为单位)和擦除颗粒度(以block为单位)不一样，在擦除一个block之前，需要先将有效数据搬移到新block。一次完整的GC操作包括三个步骤：1、选择需要回收的失效目标块；2、迁移目标块中的数据到其他块中；3、擦除目标块。什么时候触发GC是尤为重要。图2是现有垃圾回收触发机制流程图,一般只设有一级阈值，通过动态调整阈值来控制GC触发时间。如当写请求A到达时,获取有效页和无效页的比例,判断有效页和无效页的比例是否大于预先设定的阀值,阀值可以动态的设定,如果大于则触发GC操作,一旦触发GC,将无法中断GC，这样势必影响SSD正常的读写请求时延，影响SSD性能。
技术实现思路
针对以上缺陷，本专利技术目的在于如何降低垃圾回收对主机响应的影响。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种优化触发机制的SSD垃圾回收方法,其特征在于根据SSD空闲空间的大小设置两级阈值应对GC操作不同的紧迫程度:设置不可中断阈值H和可中断阈值T；当SSD空闲空间比例FP小于H时，立刻触发GC，且不可中断；当FP介于H和T之间时，触发可中断GC；当FP高于T时，不触发GC；不可中断阈值H和可中断阈值T按如下方式计算确定:H＝aE+b(1-Vp)；T＝AE+B(1-Vp)+cIp；其中，E表示SSD预留空间比例，由SSD厂商设定；Vp是有效页比例；Ip是无效页比例；a、b、c、A、B均为权值系数，a取0.3～0.5，b取0.1～0.3，A取0.5～0.7，B取0.1～0.4，c取0.1～0.3，且0<H<T<1。所述的优化触发机制的SSD垃圾回收方法,其特征在于每消耗一定数量的页空间，进行一次GC请求判断，产生的GC请求和正常的读写请求一起挂载到通道请求队列上，为避免两类GC请求和SSD正常读写请求之间的相互干扰，设定三类请求的优先级由高到低依次为：不可中断垃圾回收请求、正常读写请求、可中断GC请求。一种固态硬盘，其特征在于其内部的垃圾回收触发机制为根据SSD空闲空间的大小设置两级阈值应对GC操作不同的紧迫程度:设置不可中断阈值H和可中断阈值T；当SSD空闲空间比例FP小于H时，立刻触发GC，且不可中断；当FP介于H和T之间时，触发可中断GC；当FP高于T时，不触发GC；不可中断阈值H和可中断阈值T按如下方式计算确定:H＝aE+b(1-Vp)；T＝AE+B(1-Vp)+cIp；其中，E表示SSD预留空间比例，由SSD厂商设定；Vp是有效页比例；Ip是无效页比例；a、b、c、A、B均为权值系数，a取0.3～0.5，b取0.1～0.3，A取0.5～0.7，B取0.1～0.4，c取0.1～0.3，且0<H<T<1。所述的固态硬盘,其特征在于每消耗一定数量的页空间，进行一次GC请求判断，产生的GC请求和正常的读写请求一起挂载到通道请求队列上，为避免两类GC请求和SSD正常读写请求之间的相互干扰，设定三类请求的优先级由高到低依次为：不可中断垃圾回收请求、正常读写请求、可中断GC请求。本专利技术有益效果：根据不同的空间消耗，设置两级阈值，赋予垃圾回收操作不同的紧迫程度；为两种不同GC请求和正常读写请求设置优先级，保证三种请求互不干扰。附图说明图1是当前使用的GC流程示意图；图2是现有垃圾回收触发机制流程图；图3是优化后垃圾回收触发机制流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图3是优化后垃圾回收触发机制流程图，建立两级阈值的可中断GC策略，依据SSD当前的工作状态，控制垃圾回收的触发条件，采用不同的中断方式处理，进一步减少GC对SSD读写性能的影响。在GC中的每次有效页迁移结束后release系统中断，既可以利用不同请求到来的时间间隔进行垃圾回收，又可以及时响应主机HOST端数据请求，减少主机写HOSTwrite和主机读HOSTread的交互延迟；产生不同优先级的GC请求；控制GC的触发条件，允许中断开放策略。优化后的GC触发机制根据SSD空闲空间的大小，设置两级阈值应对GC操作不同的紧迫程度。设置不可中断阈值H和可中断阈值T，当SSD空闲空间比例FP小于H时，立刻触发GC，且不可中断；当FP介于H和T之间时，触发可中断GC；当FP高于T时，不触发GC。不可中断阈值H和可中断阈值T计算公式如下:H＝aE+b(1-Vp)；T＝AE+B(1-Vp)+cIp；其中，E表示SSD预留空间比例，由SSD厂商设定；Vp是有效页比例；Ip是无效页比例；a、b、c、A、B均为权值系数，a取0.3～0.5，b取0.1～0.3，A取0.5～0.7，B取0.1～0.4，c取0.1～0.3，且0<H<T<1。不可中断GC请求会立即执行，对HOST读写请求影响很大，需要将H设定较小，减少不可中断GC次数。H最大为aE+b，随着有效页比例上升而下降。可中断GC请求只在系统空闲时执行，T值以AE+B为基准，随着有效页比例上升而下降，随着无效页比例上升而上升。也就是说无效页较多而有效页较少时，T值较高，可及早触发无效页的回收；而当有效页比例较高时，T值较小，以避免低效的GC。以层plane为单位，每消耗一定数量的页空间，进行一次GC请求判断，产生的GC请求和正常的读写请求一起挂载到通道请求队列上，为避免两类GC请求和SSD正常读写请求之间的相互干扰，设定三类请求的优先级由高到低依次为：不可中断垃圾回收请求、正常读写请求、可中断GC请求.以上所揭露的仅为本专利技术一种实施例而已，当然不能以此来限定本专利技术之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本专利技术权利要求所作的等同变化，仍属于本专利技术所涵盖的范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种优化触发机制的SSD垃圾回收方法,其特征在于根据SSD空闲空间的大小设置两级阈值应对GC操作不同的紧迫程度:设置不可中断阈值H和可中断阈值T；当SSD空闲空间比例FP小于H时，立刻触发GC，且不可中断；当FP介于H和T之间时，触发可中断GC；当FP高于T时，不触发GC；不可中断阈值H和可中断阈值T按如下方式计算确定:H＝aE+b(1‑Vp)；T＝AE+B(1‑Vp)+c Ip；其中，E表示SSD预留空间比例，由SSD厂商设定；Vp是有效页比例；Ip是无效页比例；a、b、c、A、B均为权值系数，a取0.3～0.5，b取0.1～0.3，A取0.5～0.7，B取0.1～0.4，c取0.1～0.3，且0

【技术特征摘要】
1.一种优化触发机制的SSD垃圾回收方法,其特征在于根据SSD空闲空间的大小设置两级阈值应对GC操作不同的紧迫程度:设置不可中断阈值H和可中断阈值T；当SSD空闲空间比例FP小于H时，立刻触发GC，且不可中断；当FP介于H和T之间时，触发可中断GC；当FP高于T时，不触发GC；不可中断阈值H和可中断阈值T按如下方式计算确定:H＝aE+b(1-Vp)；T＝AE+B(1-Vp)+cIp；其中，E表示SSD预留空间比例，由SSD厂商设定；Vp是有效页比例；Ip是无效页比例；a、b、c、A、B均为权值系数，a取0.3～0.5，b取0.1～0.3，A取0.5～0.7，B取0.1～0.4，c取0.1～0.3，且0<H<T<1。2.根据权利要求1所述的优化触发机制的SSD垃圾回收方法,其特征在于每消耗一定数量的页空间，进行一次GC请求判断，产生的GC请求和正常的读写请求一起挂载到通道请求队列上，为避免两类GC请求和SSD正常读写请求之间的相互干扰，设定三类请求的优先级由高到低依次为：不可中断垃圾回收请求、正常读写请求、可中...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖锐，
申请(专利权)人：深圳忆联信息系统有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44