一种同质混合固态硬盘的分区比例自适应调整方法技术

本发明专利技术公开了一种同质混合固态硬盘的分区比例自适应调整方法，包括以下步骤：S1，根据SSD中存储的实际数据量N和SSD的实际物理空间S

【技术实现步骤摘要】
一种同质混合固态硬盘的分区比例自适应调整方法
本专利技术涉及计算机存储
，具体是一种同质混合固态硬盘的分区比例自适应调整方法。
技术介绍
随着半导体设计工艺的不断发展，固态硬盘(SolidStateDrives,SSD)在存储设备中有着不可或缺的优势。与机械硬盘(HardDiskDrive，HDD)相比，SSD具有读写速度快、低功耗、低噪音、体积小、重量轻、防震抗摔等诸多优点。因此，SSD在计算机存储领域应用越来越广泛。如今，主流的商用SSD使用NAND闪存作为底层存储介质。NAND闪存芯片根据其每个闪存单元能够存储的信息量分为SLC(Single-LevelCell，即1bit/Cell)、MLC(Multi-LevelCell，即2bits/Cell)、TLC(Trinary-LevelCell，即3bits/Cell)等。上述三种介质从读写速度和擦除性能上来说，SLC性能最好，MLC次之，TLC性能最差。但是单位存储容量的成本方面，SLC成本最高，MLC次之，TLC成本较低。目前，市面上常见的消费级SSD主要采用TLC闪存作为底层存储介质。TLC闪存每个单元能够存储3bits信息，按照阈值电压不同可分为8(23)种状态，分别为000～111。在一个TLC闪存单元中存储的3bits数据分别称为LSB(LeastSignificantBit)、CSB(CentralSignificantBit)和MSB(MostSignificantBit)。这3个物理存储在一起的比特数据实际上属于3个不同的物理闪存页，分别为LSB页、CSB页和MSB页。在对TLC闪存单元进行数据写入操作时，总是依次先写入LSB页，然后写入CSB页，最后写入MSB页，这种写入方式称为三步写入。当数据仅写入LSB页或LSB页和CSB页时，TLC闪存单元处于部分写入状态，只有在MSB页完全写入数据后，闪存单元处于完全写入状态。此外，LSB页的写入速度最快、CSB页次之、MSB页写入速度最慢。若仅采用TLC的LSB页写入模式，可提升TLC闪存的写入速度，使其能够模拟SLC闪存的写入速度。现有研究表明，SSD会因其空间利用率变化而影响其写入性能，这里的空间利用率为SSD中有效数据需要占用的空间与SSD实际物理空间的比值。具体来说，当SSD的空间利用率较低时，其垃圾回收触发不频繁且垃圾回收的空间效率也较高，这使得等效的每次页写的时间降低，SSD整体写入性能较好；当SSD的空间利用率较高时，其垃圾回收触发频繁且垃圾回收的空间效率也变差，这使得等效的每次页写的时间增多，SSD整体写入性能变差。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中的缺陷，本专利技术的专利技术目的在于提供一种同质混合固态硬盘的分区比例自适应调整方法，针对采用TLC闪存作为底层存储介质的SSD，利用TLC仅使用LSB页使其写入性能达到SLC的特性，模拟一种同质软化分的混合固态硬盘，根据闪存的分区空间利用率与SSD写入性能的关系，在写入数据分配闪存块的过程中，动态调整TLC闪存块的模式，进而自适应调整分区比例，降低闪存的分区空间利用率，提升固态硬盘的性能。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案:一种同质混合固态硬盘的分区比例自适应调整方法，包括以下步骤：S1，根据SSD中存储的有效数据量N和SSD的实际物理空间Stotal，计算出SSD的空间利用率ρ；S2，根据负载访问特性，统计热数据占总数据量的比例θ，按下式计算出SLC分区比例占实际物理空间的比例β的可调整范围；S3，根据负载访问特性，统计热数据的写次数占总写次数的比例γ，按下式计算出最佳的SLC分区比例；S4，数据写入时，热数据写入到SLC分区，冷数据写入到TLC分区；S5，在SLC区需要新的闪存块时，若当前SLC分区比例β<β*，则从TLC分区的取出空闲块，将其配置为SLC模式；S6，在TLC区需要新的闪存块时，若当前SLC分区比例β>β*，则从SLC分区的取出空闲块，将其配置为TLC模式。作为本专利技术的一种优选方案，S1中，空间利用率作为本专利技术的一种优选方案，S2中，比例β的可调整范围为3·θ·ρ<β<1-(1-θ)·ρ。作为本专利技术的一种优选方案，S3中，最佳的SLC分区比例为β*＝3·θ·ρ+γ[1-(1-θ)·ρ-3·θ·ρ]。作为本专利技术的一种优选方案，在写入数据需要新分配闪存块时，若是热数据，执行S5；否则为冷数据，执行S6。作为本专利技术的一种优选方案，同质SSD为固态硬盘底层闪存存储介质都是TLC闪存。作为本专利技术的一种优选方案，TLC闪存包括工作在TLC模式部分的与工作在SLC模式部分的两部分内容。作为本专利技术的一种优选方案，工作在TLC模式部分的包括用全部的闪存页(LSB、CSB和MSB页)来存储数据。作为本专利技术的一种优选方案，工作在SLC模式部分的包括仅用LSB页来存储数据。作为本专利技术的一种优选方案，在垃圾回收操作后，新得到的可利用的空白页个数为(1-ρ)×Np，Np为闪存中每个块包含的页数。与现有技术相比，本专利技术中的一种同质混合固态硬盘的分区比例自适应调整方法，具有如下有益效果：本专利技术中的一种同质混合固态硬盘的分区比例自适应调整方法，基于SSD的空间利用率、热数据比例、热数据的写入比例得出较佳的SLC分区比例(简称期望比例)，然后在实际的闪存块分配过程中，根据实际的比例与期望比例决定是把SLC分区的闪存块转换成TLC分区的闪存块，还是将TLC分区的闪存块转换成SLC分区的闪存块解决了同种介质软化分混合固态硬盘的分区划分问题。该方法能在SSD的全生命时间，提升固态硬盘的性能，增强用户的使用体验，有利于上述同质混合固态硬盘的分区比例自适应调整方法在计算机
的推广及应用。附图说明图1是实施例中同质混合SSD分区示意图；图2是实施例中自适应调整方法流程图。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图示中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。一种同质混合固态硬盘的分区比例自适应调整方法，假设SSD物理容量为Stotal，其中有效数据量为N，闪存的页面读取时间记为Tr，页面写入时间记为Tw，TLC闪存块擦除时间记为Tbe，闪存中每个块包含的页数记为Np；数据有效页均匀分布在所有闪存块的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种同质混合固态硬盘的分区比例自适应调整方法，其特征在于：包括以下步骤：S1，根据SSD中存储的实际数据量N和SSD的实际物理空间S

【技术特征摘要】
1.一种同质混合固态硬盘的分区比例自适应调整方法，其特征在于：包括以下步骤：S1，根据SSD中存储的实际数据量N和SSD的实际物理空间Stotal，计算出SSD的空间利用率ρ；S2，根据负载访问特性，统计热数据占总数据量的比例θ，计算出SLC分区比例占实际物理空间的比例β的可调整范围；S3，根据负载访问特性，统计热数据的写次数占总写次数的比例γ，计算出最佳的SLC分区比例；S4，数据写入时，热数据写入到SLC分区，冷数据写入到TLC分区；S5，在SLC区需要新的闪存块时，若当前SLC分区比例β<β*，则从TLC分区的取出空闲块，将其配置为SLC模式；S6，在TLC区需要新的闪存块时，若当前SLC分区比例β>β*，则从SLC分区的取出空闲块，将其配置为TLC模式。


2.根据权利要求1所述的一种同质混合固态硬盘的分区比例自适应调整方法，其特征在于：S1中，空间利用率


3.根据权利要求2所述的一种同质混合固态硬盘的分区比例自适应调整方法，其特征在于：S2中，比例β的可调整范围为3·θ·ρ<β<1-(1-θ)·ρ。


4.根据权利要求3所述的一种同质混合固态硬盘的分区比例自适应调整方法，其特征在于：S3中，最佳的SLC分区比...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚英彪，范金龙，徐欣，许晓荣，冯维，包杰丞，姜显扬，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33