用于操作NAND闪存物理空间以扩展存储器容量的方法和系统技术方案

一个实施例有利于非易失性存储器的操作。在操作期间，系统通过闪存转换层模块确定与指示要读取的数据的第一请求相关联的物理块地址，其中，所述非易失性存储器被划分成单独的物理区，其中，所述物理块地址与第一物理区相关联，并且每个单独的物理区具有专用应用来读取数据或者向其写入数据。所述系统通过将数据从易失性存储器中的冷页面写入到第二物理区来在所述易失性存储器中获得空闲页面帧，其中，冷页面是具有小于预定阈值的访问历史的页面。所述系统基于所述物理块地址将数据从所述非易失性存储器加载到所述空闲页面帧。所述系统基于加载到所述空闲页面帧中的所述数据执行所述请求。

Method and system for operating NAND flash physical space to expand memory capacity

【技术实现步骤摘要】
用于操作NAND闪存物理空间以扩展存储器容量的方法和系统本申请要求于2018年2月7日提交美国专利商标局、申请号为15891174、专利技术名称为“METHODANDSYSTEMFOROPERATINGNANDFLASHPHYSICALSPACETOEXTENDMEMORYCAPACITY”的美国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
本公开一般地涉及数据存储的领域。更具体地，本公开涉及用于操作NAND闪存物理空间以扩展服务器的存储器容量的方法和系统。
技术介绍
因特网和电子商务的激增继续产生大量的数字内容。已创建了各种存储系统和服务器来访问并存储这种数字内容。存储系统或服务器可包括易失性存储器(例如，动态随机存取存储器(DRAM)和多个驱动器(例如，固态驱动器(SSD))。驱动器可包括用于持久存储的非易失性存储器(例如，NAND闪存)。服务器中的存储器在存储系统的性能和容量中起着至关重要的作用。因为当前应用要求增加量的存储器，所以服务器中的存储器(例如，DRAM)的量可限制系统的整体性能。例如，单个中央处理器(CPU)插口仅可支持有限数量的双列直插存储器模块(DIMM)插槽，并且单个DIMM基于有限的容量。此外，DRAM的有限供应可导致成本增加，这可影响可用于在数据中心中使用的DRAM供应和总拥有成本(TCO)两者。因此，服务器中的存储器的有限的可用性和容量可以在服务器的性能方面产生瓶颈，并且还可能由于数据中心的规模增加而对降低的TCO产生挑战。
技术实现思路
一个实施例有利于非易失性存储器的操作。在操作期间，系统通过闪存转换层模块确定与指示要读取的数据的第一请求相关联的物理块地址，其中，所述非易失性存储器被划分成单独的物理区，其中，所述物理块地址与第一物理区相关联，并且其中，所述单独的物理区中的每一个均具有专用应用来读取数据或者向其写入数据。在一些实施例中，所述系统将所述非易失性存储器划分成所述单独的物理区。单独的物理区包括一个或更多个NAND裸片，并且应用对应于唯一物理区。在一些实施例中，所述系统通过所述闪存转换层模块确定与指示要写入的数据的第二请求相关联的另一物理块地址，其中，所述另一物理块地址与当前不在处理读取操作或擦除操作的第三物理区相关联。在一些实施例中，所述方法响应于以下步骤而被执行：针对在所述易失性存储器中与所请求的数据相关联的现有物理块地址在转换检测缓冲器中执行不成功的第一次搜索；以及针对所述现有物理块地址在页面表中执行不成功的第二次搜索。在一些实施例中，响应于在所述转换检测缓冲器中执行成功的第一次搜索，或者响应于在所述转换检测缓冲器中执行不成功的第一次搜索并且在所述页面表中执行成功的第二次搜索，所述系统基于与所述易失性存储器中的所述现有物理块地址相关联的数据执行所述请求。在一些实施例中，在所述易失性存储器中获得所述空闲页面帧是响应于在所述易失性存储器中成功地分配可用页面帧。在一些实施例中，获得所述空闲页面帧并且将所述数据从所述非易失性存储器加载到所述空闲页面帧是响应于在所述易失性存储器中未成功地分配可用页面帧。在一些实施例中，所述系统确定易失性存储器中的冷页面，其中，所述冷页面是具有小于预定阈值的访问历史的页面，并且其中，所述预定阈值是基于已在预定时间段内访问了所述页面的次数。所述系统通过将数据从所述易失性存储器中的所述冷页面写入到第二物理区来在所述易失性存储器中获得空闲页面帧。所述系统基于所述物理块地址将数据从所述非易失性存储器加载到所述空闲页面帧。所述系统基于加载到所述空闲页面帧中的所述数据执行所述请求。在一些实施例中，所述系统确定易失性存储器中的热页面，其中，所述热页面是具有大于预定阈值的访问历史的页面，并且其中，所述预定阈值是基于已在预定时间段内访问了所述页面的次数。所述系统基于所述非易失性存储器中的所述热页面的物理块地址，将数据从所述非易失性存储器加载到所述易失性存储器。在一些实施例中，所述闪存转换层模块在用户空间中操作。附图说明图1图示依照本申请的实施例的有利于非易失性存储器的操作的示例性环境。图2A图示依照现有技术的示例性存储器分配。图2B图示依照现有技术的描绘若干常规SSD的读取延迟分布的图表。图3图示依照现有技术的有利于非易失性存储器的操作的示例性架构。图4图示依照本申请的实施例的有利于非易失性存储器的操作的示例性环境。图5A呈现依照本申请的实施例的图示用于有利于非易失性存储器的操作的方法的流程图。图5B呈现依照本申请的实施例的图示用于有利于非易失性存储器的操作的方法的流程图。图5C呈现依照本申请的实施例的图示用于有利于非易失性存储器的操作(包括将冷页面从易失性存储器移动到非易失性存储器)的方法的流程图。图6图示依照本申请的实施例的有利于非易失性存储器的操作的示例性计算机系统。图7图示依照本申请的实施例的有利于非易失性存储器的操作的示例性装置。在图中，相似的附图标记指代相同的图元素。具体实施方式以下描述被呈现来使得本领域的技术人员能够做出并使用实施例，并且是在特定应用及其要求的背景下提供的。对所公开的实施例的各种修改对于本领域的技术人员而言将是容易地显而易见的，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以将本文所定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，本文所描述的实施例不限于所示出的实施例，而是将符合与本文所公开的原理和特征一致的最宽范围。概述本文所描述的实施例提供通过扩展服务器的存储器容量来解决由服务器中的有限的存储器(例如，DRAM)产生的性能瓶颈的问题的系统。因为当前应用要求增加存储器的量，所以服务器存储器(例如，DRAM)的可用性和容量可显著地影响系统的整体性能和成本。有限的DRAM可在服务器的性能方面产生瓶颈，并且还可随着数据中心的规模继续增加而在降低TCO时导致挑战。本文所描述的实施例通过操作服务器的驱动器的非易失性存储器(例如，NAND)来解决这些低效率。系统将NAND物理介质划分成单独的物理区以处理应用特定请求。系统还实现基于主机的闪存转换层(FTL)(例如，在用户空间中)，所述基于主机的FTL将逻辑块地址(LBA)映射到物理块地址(PBA)(“LBA→PBA映射”)，并且使用该映射来操作非易失性存储器，这扩展服务器的存储器容量。为了处理传入读取请求，系统可检查转换检测缓冲器(TLB)，并且如果需要，检查页面表，以确定所请求的数据是否是在DRAM中，并且直接地从DRAM中检索所请求的数据。如果在TLB或页面表中未找到所请求的数据，则系统可生成页面错误，并且用户空间FTL可确定与所请求的数据相对应的PBA(例如，针对所请求的数据基于LBA→PBA映射)。PBA与NAND物理介质的第一物理区相关联。用户空间FTL然后可将所请求的数据从第一物理区加载到DRAM。作为此过程的一部分，系统必须分配足够的DRAM空间以加载所请求的数据。如果在DRAM中不存在足够的空间，则系统可确定“冷”页面并将它们从DRAM移动到NAND以释放或者提供要将所请求的数据写入到的页面帧。在一些实施例中，系统还可确定“热”页面并将它们从NAND移动到DRAM。冷页面可以是具有小于预定阈值的访问历史的页面，然而热页面可以是具有大于预定阈值的访问历史的页面。此本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于有利于非易失性存储器的操作的计算机实现的方法，所述方法包括以下步骤：通过闪存转换层模块确定与指示要读取的数据的第一请求相关联的物理块地址，其中，所述非易失性存储器被划分成单独的物理区，其中，所述物理块地址与第一物理区相关联，并且其中，所述单独的物理区中的每一个均具有专用应用来读取数据或者向其写入数据。

【技术特征摘要】
2018.02.07 US 15/891,1741.一种用于有利于非易失性存储器的操作的计算机实现的方法，所述方法包括以下步骤：通过闪存转换层模块确定与指示要读取的数据的第一请求相关联的物理块地址，其中，所述非易失性存储器被划分成单独的物理区，其中，所述物理块地址与第一物理区相关联，并且其中，所述单独的物理区中的每一个均具有专用应用来读取数据或者向其写入数据。2.根据权利要求1所述的方法，该方法进一步包括以下步骤：将所述非易失性存储器划分成所述单独的物理区，其中，单独的物理区包括一个或更多个NAND裸片，并且其中，应用对应于唯一的物理区。3.根据权利要求1所述的方法，该方法进一步包括以下步骤：通过所述闪存转换层模块确定与指示要写入的数据的第二请求相关联的另一物理块地址，其中，所述另一物理块地址与当前不在处理读取操作或擦除操作的第三物理区相关联。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法响应于以下各项而被执行：针对在所述易失性存储器中与所请求的数据相关联的现有物理块地址在转换检测缓冲器中执行不成功的第一次搜索；以及针对所述现有物理块地址在页面表中执行不成功的第二次搜索。5.根据权利要求4所述的方法，其中，响应于在所述转换检测缓冲器中执行成功的第一次搜索，或者响应于在所述转换检测缓冲器中执行不成功的第一次搜索并且在所述页面表中执行成功的第二次搜索，所述方法进一步包括以下步骤：基于与所述易失性存储器中的所述现有物理块地址相关联的数据执行所述请求。6.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述易失性存储器中获得空闲页面帧是响应于在所述易失性存储器中成功地分配可用页面帧。7.根据权利要求1所述的方法，其中，获得空闲页面帧并且将所述数据从所述非易失性存储器加载到所述空闲页面帧是响应于在所述易失性存储器中未成功地分配可用页面帧。8.根据权利要求1所述的方法，该方法进一步包括以下步骤：确定易失性存储器中的冷页面，其中，所述冷页面是具有小于预定阈值的访问历史的页面，并且其中，所述预定阈值是基于已在预定时间段内访问了所述页面的次数；通过将数据从所述易失性存储器中的所述冷页面写入到第二物理区来在所述易失性存储器中获得空闲页面帧；基于所述物理块地址将数据从所述非易失性存储器加载到所述空闲页面帧；以及基于加载到所述空闲页面帧中的所述数据执行所述请求。9.根据权利要求1所述的方法，该方法进一步包括以下步骤：确定易失性存储器中的热页面，其中，所述热页面是具有大于预定阈值的访问历史的页面，并且其中，所述预定阈值是基于已在预定时间段内访问了所述页面的次数；以及基于所述非易失性存储器中的所述热页面的物理块地址，将数据从所述非易失性存储器加载到所述易失性存储器。10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述闪存转换层模块在用户空间中操作。11.一种用于有利于非易失性存储器操作的计算机系统，所述系统包括：处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：李舒，
申请(专利权)人：阿里巴巴集团控股有限公司，
类型：发明
国别省市：开曼群岛,KY