中间存储的适应性管理制造技术

本发明专利技术题为“中间存储的适应性管理”。本发明专利技术描述了可以执行中间存储存储器的适应性管理的存储设备及其使用方法。此类存储设备包括非易失性存储器，其中其一部分被指定为中间存储(IS)存储器，而其另一部分被指定为主存储(MS)存储器。与所述MS存储器相比，所述IS存储器具有较低的读写延迟、较大的耐久性、以及较低的存储密度和容量。在某些实施方案中，预测主机活动模式，基于所述预测的主机活动模式选择重定位方案，并且执行所选择的重定位方案，从而根据所选择的重定位方案选择性地将所述数据的一个或多个部分从所述IS存储器重新定位到所述MS存储器。选择和执行的所述重定位方案可能会随时间而变化。另外，可以基于活动日志生成重定位方案，其后选择执行。

Adaptive Management of Intermediate Storage

The invention is entitled \adaptive management of intermediate storage\. The invention describes a storage device capable of performing adaptive management of intermediate storage memory and its use method. Such storage devices include non-volatile memory, one part of which is designated as intermediate storage (IS) memory, while the other part is designated as primary storage (MS) memory. Compared with the MS memory, the IS memory has lower read-write delay, greater durability, and lower storage density and capacity. In some implementations, a relocation scheme is selected based on the predicted host activity mode, and the selected relocation scheme is executed to selectively relocate one or more parts of the data from the IS memory to the MS memory according to the selected relocation scheme. The relocation scheme selected and executed may vary over time. In addition, relocation schemes can be generated based on active logs and then selected for execution.

【技术实现步骤摘要】
中间存储的适应性管理
技术介绍
包括非易失性存储器的存储设备可以包括被指定为中间存储(IS)存储器的非易失性存储器的一部分以及被指定为主存储(MS)存储器的非易失性存储器的另一部分。IS存储器用于存储设备以提供更快的写入吞吐量，并且还可以用作安全区域以在将主机数据存储在MS中之前快速存储主机数据。IS存储器还可以充当非易失性存储器高速缓存，其使得能够非常快速地访问存储在IS存储器内的热数据。一般的概念是使用更昂贵的非易失性存储器，它具有较低的读写延迟、较大的耐久性、以及较低的存储密度和容量，如IS存储器，并且使用较便宜的非易失性存储器，它具有较高的读写延迟、较小的耐久性、以及较高的存储密度和容量，如MS存储器。更昂贵的IS存储器(其可能占用存储设备的总存储预算的不到百分之十)可以包括单级单元(SLC)存储器，其中每个存储器单元存储一位数据。IS存储器可以另选地或另外地包括存储级存储器(SCM)。相比之下，较便宜的MS存储器(其可能占总存储预算的百分之九十以上)可以包括多级单元(MLC)存储器，其中每个存储器单元存储两位或多位。如本文使用的术语，MLC存储器可以包括存储器单元，其中每个存储器单元存储两位、三位或四位数据，或者可能甚至多于四位数据。因此，如本文使用的术语，术语MLC存储器还包含三级单元(TLC)存储器和四级单元(QLC)存储器。将数据从IS存储器传输到MS存储器的过程称为“重定位”。执行重定位以清除IS存储器内的空间。虽然IS存储器在性能和耐久性方面通常都很出色，但它太小而无法有效地缓存所有主机数据。用于执行重定位的常规技术通常基于简单的启发法，诸如先进先出(FIFO)，或基于老化算法。然而，用于执行重定位的传统技术(也可以称为传统的重定位方案)对于许多用例来说并不是最佳的，因为在用于流视频的存储设备中使用的最佳重定位方案与用于重复更新相同的相对较小的数据块的存储设备中使用的最佳重定位方案之间存在明显的区别。流视频示例是一个极端的用例，其中写入整个闪存驱动器，然后立即重写，一次又一次。重复更新相同的相对较小的数据块是频谱另一端的另一个极端用例，其中可以一遍又一遍地写入相同的逻辑块地址(LBA)。在不同的场景中，存储设备可能在仍然需要时耗尽IS存储器，这可能降低写入吞吐量，并且通常是不期望的。但是，IS存储器的读取延迟也比MS存储区短。因此，避免将一块数据从IS存储器重新定位到MS存储器是有意义的，其中在写入之后不久将读取该块数据，因为如果将其保持在IS存储器中，则其读取延迟将更低。附图说明图1是描绘连接到主机设备(或嵌入在主机设备中)的存储设备的一个实施方案的框图，该存储设备可以实现本文描述的本技术的实施方案。图2是图1中介绍的用于存储设备的控制器的硬件架构的一个示例实施方案的框图，该存储设备可以实现本文描述的本技术的某些实施方案。图3是存储设备的一个示例的框图。图4是非易失性存储器管芯的一个示例的框图。图5是根据本技术的某些实施方案的用于概述执行IS存储器的适应性管理的方法的高级流程图。图6是用于解释选择和执行的重定位方案如何能够随时间改变的高级流程图。图7A是根据本技术的实施方案用于描述图5中介绍的步骤中的一个的附加细节的流程图，该步骤涉及选择多个存储的重定位方案中的一个，该重定位方案用于选择性地将数据从IS存储器重新定位到MS存储器。图7B是根据本技术的另一实施方案用于描述图5中介绍的步骤中的一个的附加细节的流程图，该步骤涉及选择多个存储的重定位方案中的一个，该重定位方案用于选择性地将数据从IS存储器重新定位到MS存储器。图8是根据本技术的某些实施方案用于解释如何识别其他的潜在的主机活动模式以及可以生成和存储其他重定位方案的流程图。图9示出了第一示例性活动日志，基于其可以预测主机活动模式并且预测的主机活动模式可以用于选择重定位方案。图10示出了第二示例性活动日志，基于其可以预测主机活动模式并且预测的主机活动模式可以用于选择重定位方案。图11是根据实施方案在被选择之后提供如何执行重定位方案的一些附加细节的高级流程图。图12是根据实施方案在被选择之后提供如何执行另选重定位方案的一些附加细节的高级流程图。具体实施方式本文描述了可以执行中间存储存储器的适应性管理的存储设备及其使用方法。此类存储设备可以包括非易失性存储器，其中非易失性存储器的一部分被指定为中间存储(IS)存储器，并且非易失性存储器的另一部分被指定为主存储(MS)存储器。与MS存储器相比，IS存储器具有较低的读写延迟、较大的耐久性、以及较低的存储密度和容量。例如，IS存储器可以包括单级单元(SLC)型闪存存储器，其中每个存储器单元存储一位数据，并且MS存储器可以包括多级单元(MLC)型闪存存储器，其中每个存储器单元存储两位或多位数据。根据下面另外详细描述的本技术的某些实施方案，存储多个重定位方案，每个重定位方案与多个潜在的主机活动模式中的一个相关联。另外，维护活动日志以跟踪与存储在非易失性存储器中的数据相关的操作，并且基于活动日志预测主机活动模式。根据某些实施方案，选择多个存储的重定位方案中的一个以应用于存储在IS存储器中的数据，其中基于预测的主机活动模式执行该选择。然后执行选定的重定位方案，从而根据选定的重定位方案选择性地将数据的一个或多个部分从IS存储器重新定位到MS存储器。在提供本技术的实施方案的附加细节之前，首先描述可用于实现本技术的实施方案的示例性存储设备是有用的。在以下详细描述中，参考形成了其一部分的附图，并且其中通过说明的方式示出了特定的说明性实施方案。应当理解，可以利用其他实施方案，并且可以进行机械和电气改变。因此，以下详细描述不应被视为具有限制意义。在下面的描述中，相同的数字或参考标号将用于指代相同的部分或元件。另外，三位数参考数字的第一个数字和四位数参考数字的前两个数字识别首次出现参考数字的图形。图1是描绘连接到主机设备102(或嵌入在主机设备102中)的存储设备120的一个实施方案的框图，其中主机设备102可以实现下面描述的本技术的实施方案。参见图1，主机设备102通过发出读写命令将数据存储到存储设备120中并从中检索数据。存储设备120可以嵌入在主机设备102中，或者可以以卡、通用串行总线(USB)驱动器或其他可移动驱动器的形式存在，诸如通过机械和电气连接器可拆卸地连接到主机设备102的固态盘(SSD)。主机设备102可以是许多固定或便携式数据生成设备中的任何一个，诸如个人计算机、智能电话、个人数字助理(PDA)、服务器、机顶盒等。更一般地，主机设备102可以包括执行智能电话、PDA、膝上型电脑、服务器、机顶盒等的功能的主机逻辑。虽然没有具体示出，但是主机可以包括和/或与只读存储器(，ROM)通信。主机设备102可以更简洁地称为主机102，可以包括运行一个或多个应用程序106的一个或多个处理器104。当数据要存储在存储设备120中或从其中检索数据时，应用程序106通过一个或多个操作系统应用程序编程接口(API)108与文件系统110通信。文件系统110可以是在处理器104上执行的软件模块，并管理存储设备120中的文件。文件系统110管理逻辑地址空间中的数据簇。由文件系统110执行的通用操作包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种存储设备，所述存储设备接收来自主机的读写命令，所述存储设备包括：非易失性存储器，所述非易失性存储器包括被指定为中间存储(IS)存储器的一部分，以及被指定为主存储(MS)存储器的另一部分，其中与所述MS存储器相比，所述IS存储器具有较低的读写延迟、较大的耐久性、以及较低的存储密度和容量；以及中间存储(IS)管理器，所述中间存储管理器被配置为预测主机活动并基于所述预测的主机活动选择并执行重定位方案，从而根据所选择的重定位方案选择性地将数据的一个或多个部分从所述IS存储器重新定位到所述MS存储器。

【技术特征摘要】
2017.11.17 US 15/816,2041.一种存储设备，所述存储设备接收来自主机的读写命令，所述存储设备包括：非易失性存储器，所述非易失性存储器包括被指定为中间存储(IS)存储器的一部分，以及被指定为主存储(MS)存储器的另一部分，其中与所述MS存储器相比，所述IS存储器具有较低的读写延迟、较大的耐久性、以及较低的存储密度和容量；以及中间存储(IS)管理器，所述中间存储管理器被配置为预测主机活动并基于所述预测的主机活动选择并执行重定位方案，从而根据所选择的重定位方案选择性地将数据的一个或多个部分从所述IS存储器重新定位到所述MS存储器。2.根据权利要求1所述的存储设备，其中：所述存储设备包括与所述非易失性存储器通信的存储器控制器；所述存储器控制器被配置为确定响应于从所述主机接收的写入命令而存储在所述非易失性存储器中的数据是否要存储在所述IS存储器或所述MS存储器中；并且所述IS管理器由所述存储器控制器或由与所述存储器控制器通信的所述存储设备的另一组件实现。3.根据权利要求1或2中任一项所述的存储设备，其中：所述存储设备还包括随机存取存储器(RAM)；跟踪对所述主机执行读写操作中的至少一者的活动日志存储在所述RAM或所述非易失性存储器中的至少一者中；所述IS管理器被配置为基于所述活动日志预测主机活动；并且所述IS管理器基于所述活动日志预测的所述预测的主机活动包括预测写入模式、预测读取模式、或预测读写模式中的至少一者。4.根据权利要求1、2或3中任一项所述的存储设备，其中：所述IS存储器包括单级单元(SLC)型闪存存储器，其中每个存储器单元存储一位数据；并且所述MS存储器包括多级单元(MLC)型闪存存储器，其中每个存储器单元存储两位或多位数据。5.根据权利要求1、2、3或4中任一项所述的存储设备，其中所述IS管理器被配置为：不时更新所述预测的主机活动，并基于所述更新的预测的主机活动选择并执行另一重定位方案；以及基于所述一个或多个活动日志中的至少一者识别和存储其他潜在的主机活动模式，并生成和存储其他重定位方案，每个所述重定位方案与所述识别的其他潜在的主机活动模式中的一个潜在的主机活动模式相关联；其中所述其他重定位方案在生成和存储之后可用于由所述IS管理器选择和执行。6.一种存储设备使用的方法，所述存储设备从主机接收读写命令，并且包括非易失性存储器和与所述非易失性存储器通信的存储器控制器，其中所述非易失性存储器包括被指定为中间存储(IS)存储器的一部分和被指定为主存储(MS)存储器的另一部分，其中与所述MS存储器相比，所述IS存储器具有较低的读写延迟、较大的耐久性、以及较低的存储密度和容量，所述方法包括：存储多个重定位方案，所述每个重定位方案与多个潜在的主机活动模式中的一个潜在的主机活动模式相关联；维护一个或多个活动日志，所述活动日志跟踪与所述非易失性存储器中为主机存储的数据相关的操作；响应于从所述主机接收一个或多个写...

【专利技术属性】
技术研发人员：JG哈恩，A巴扎尔斯基，S贝尼斯蒂，A纳冯，
申请(专利权)人：西部数据技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US