一种基于文件系统优化的固态存储方法、系统及设备技术方案

一种基于文件系统优化的固态存储方法、系统及设备，属于存储领域，其特征在于：解析数据，从各文件系统中获取元数据与数据LBA范围；设置一关系表，将解析的LBA范围与数据类型进行对应；设置一固定缓存区，定期将最新的元数据写回到NAND中；写命令操作时，将数据按数据类型对应存储至不同的BLOCK域中。通过解析文件系统，获取各文件系统中元数据和数据的LBA范围，同时对应存储到不同的BLOCK域中，将冷热数据进行隔离，有效的减少后台GC触发的频率以及数据搬移量；同时通过增设针对文件系统元数据的固定缓存区来定期将最新的元数据写回到NAND中，减少热数据的复写频率，有效提升固态存储设备的存储性能和使用寿命。存储设备的存储性能和使用寿命。存储设备的存储性能和使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种基于文件系统优化的固态存储方法、系统及设备


[0001]本专利技术属于存储领域，尤其涉及一种基于文件系统优化的固态存储方法、系统及设备。

技术介绍

[0002]在存储领域不断发展的今天，越来越多的应用使用固态存储设备来安装系统或者存储数据。基于文件系统的特性，用户在操作数据时需要频繁的对某些管理类数据进行更新，而由于NAND FLASH颗粒特性，这类数据会频繁的被复写从而导致出现大量的无效page，此状况会频繁触发后台的GC/WL等操作，进而影响写入性能以及使用寿命。
[0003]现有技术中部分方案要求文件系统自己根据元数据形成特征信息，固态存储设备根据特征信息来对不同类型的数据进行差异化处理；另有部分方案要求必须使用特定的文件系统并与固态存储设备进行匹配后才能正常使用。上述几种方案均无法兼容常用的文件系统，无法满足消费级/工作站等用户的使用需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在解决上述问题，提供一种基于文件系统优化的固态存储方法、系统及设备。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种基于文件系统优化的固态存储方法，包括：解析数据，从各文件系统中获取元数据与数据LBA范围；设置一关系表m，将解析获取的LBA范围与数据类型进行对应，用于维护LBA范围和数据类型的对应关系；设置一固定缓存区，用于缓存文件系统元数据，定期将最新的元数据写回到NAND中；可有效减少元数据的复写次数；写命令操作时，将数据按数据类型对应存储至不同的BLOCK域中；可以将不同类型的数据在BLOCK层面予以隔离；当GC介入时，根据数据类型分别进行GC；可有效减少冷热数据混合而导致对冷数据不必要的搬移量。
[0006]进一步，本专利技术所述基于文件系统优化的固态存储方法，所述解析数据具体包括：首先通过一级解析模块对LBA0扇区进行解析，通过分区标记确认分区类型，再通过分区类型获取分区表的位置信息，最后解析分区表获得整个固态存储设备的完整分区表信息及其包含的所有分区信息，并获取整个分区管理数据的LBA范围；通过二级解析模块根据不同文件系统类型，从每个分区的起始LBA进行解析，获取每个分区文件系统的元数据与数据LBA范围。
[0007]进一步，本专利技术所述基于文件系统优化的固态存储方法，所述解析数据还包括：若解析中有操作系统分区，通过三级解析模块针对操作系统类型进行解析，获取操作系统管理数据与用户数据的LBA范围，及部分系统大文件的LBA范围，系统大文件的LBA范围包括但
不限于休眠文件、虚拟内存文件。
[0008]进一步，本专利技术所述基于文件系统优化的固态存储方法，所述关系表m用于将解析获取到的LBA范围与多个数据类型进行对应；具体包括：分区管理数据的LBA范围单独对应到管理数据类型；文件系统元数据及操作系统管理数据对应到热数据类型；文件系统数据及操作系统用户数据会对应到冷数据类型；当接收到HOST写命令后根据命令LBA区分数据类型，后交由FTL进行差异化的处理。
[0009]进一步，本专利技术所述基于文件系统优化的固态存储方法，所述BLOCK被划分多个域，与数据类型一一对应；接收到HOST写命令时根据数据类型写入到对应BLOCK域的空闲块，可以将不同类型的数据在BLOCK层面予以隔离。
[0010]进一步，本专利技术所述基于文件系统优化的固态存储方法，所述固定缓存区用于缓存文件系统元数据；正常使用过程中定期更新到NAND中；关机/掉电前强制更新到NAND中；通过设置固定缓存区可有效减少元数据的复写次数，提高存储性能。
[0011]进一步，本专利技术所述基于文件系统优化的固态存储方法，所述解析数据及关系表m更新完成后，在关机/下电前将分区信息x1和对应关系表存入FLASH特定BLOCK中，下次上电时校验实际的分区信息x2与前述x1，校验一致后直接读取该BLOCK数据进行重建。
[0012]进一步，本专利技术所述基于文件系统优化的固态存储方法，所述分区类型包括但不限于MBR、GPT；所述分区信息包括但不限于各分区文件系统类型、各分区起始位置、分区大小；所述文件系统类型包括但不限于FAT、FAT32、exFAT、NTFS、Ext2、Ext3、Ext4、reiserFS、VFAT、brtfs。
[0013]第二方面，本专利技术提供一种基于文件系统优化的固态存储系统，包括解析模块和处理模块；所述解析模块用于解析数据，从各文件系统中获取元数据与数据LBA范围；所述处理模块用于设置一关系表m，将解析获取的LBA范围与数据类型进行对应，用于维护LBA范围和数据类型的对应关系；用于设置一固定缓存区，用于缓存文件系统元数据，定期将最新的元数据写回到NAND中；所述处理模块进行写命令操作时，用于将数据按数据类型对应存储至不同的BLOCK域中；当GC介入时，控制系统根据数据类型分别进行GC处理。
[0014]第三方面，本专利技术提供一种基于文件系统优化的固态存储设备，所述存储设备中存储有解析及处理程序，当HOST对所述存储设备进行读写操作时，所述存储设备通过执行前述解析及处理程序将数据分类存储于存储介质中；具体包括：解析数据，从各文件系统中获取元数据与数据LBA范围；设置一关系表m，将解析获取的LBA范围与数据类型进行对应，用于维护LBA范围和数据类型的对应关系；设置一固定缓存区，用于缓存文件系统元数据，定期将最新的元数据写回到NAND中；写命令操作时，将数据按数据类型对应存储至不同的BLOCK域中；当GC介入时，根据数据类型分别进行GC。
[0015]本专利技术所述基于文件系统优化的固态存储方法、系统及设备，通过解析文件系统，获取各文件系统中元数据和数据的LBA范围，同时对应存储到不同的BLOCK域中，将冷热数
据进行隔离，有效的减少后台GC触发的频率以及数据搬移量；同时通过增设针对文件系统元数据的固定缓存区来定期将最新的元数据写回到NAND中，减少热数据的复写频率，有效提升固态存储设备的存储性能和使用寿命。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例所述解析数据流程示意图；图2为本专利技术实施例所述的分区结构示意图；图3为本专利技术实施例所述的写命令处理流程示意图。
具体实施方式
[0017]下面通过附图及实施例对本专利技术所述基于文件系统优化的固态存储方法、系统及设备进行详细说明。
[0018]在本公开实施例中所使用的固态存储设备为固态硬盘 (Solid State Drives，SSD)，是一种用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，通常由控制器和存储器(如NAND FLASH芯片、DRAM芯片等)组成。
[0019]文件系统，是指操作系统用于明确及管理存储设备(机械硬盘，固态硬盘等)或分区上的文件的方法和数据结构。操作系统中负责管理和存储文件信息的软件机构称为文件管理系统，简称文件系统。从系统角度来看，文件系统是对文件存储设备的空间进行组织和分配，负责文件存储并对存入的文件进行管理的系统。具体地说，它负责为用户创建、存入、读出、修改、转储、删除文件等。
[0020]元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于文件系统优化的固态存储方法，其特征在于：解析数据，从各文件系统中获取元数据与数据LBA范围；设置一关系表m，将解析获取的LBA范围与数据类型进行对应，用于维护LBA范围和数据类型的对应关系；设置一固定缓存区，用于缓存文件系统元数据，定期将最新的元数据写回到NAND中；写命令操作时，将数据按数据类型对应存储至不同的BLOCK域中；当GC介入时，根据数据类型分别进行GC。2.根据权利要求1所述基于文件系统优化的固态存储方法，其特征在于，所述解析数据具体包括：首先通过一级解析模块对LBA0扇区进行解析，通过分区标记确认分区类型，再通过分区类型获取分区表的位置信息，最后解析分区表获得整个固态存储设备的完整分区表信息及其包含的所有分区信息，并获取整个分区管理数据的LBA范围；通过二级解析模块根据不同文件系统类型，从每个分区的起始LBA进行解析，获取每个分区文件系统的元数据与数据LBA范围。3.根据权利要求2所述基于文件系统优化的固态存储方法，其特征在于，所述解析数据还包括：若解析中有操作系统分区，通过三级解析模块针对操作系统类型进行解析，获取操作系统管理数据与用户数据的LBA范围，及部分系统大文件的LBA范围。4.根据权利要求3所述基于文件系统优化的固态存储方法，其特征在于，所述关系表m用于将解析获取到的LBA范围与多个数据类型进行对应；具体包括：分区管理数据的LBA范围单独对应到管理数据类型；文件系统元数据及操作系统管理数据对应到热数据类型；文件系统数据及操作系统用户数据会对应到冷数据类型；当接收到HOST写命令后根据命令LBA区分数据类型，后交由FTL进行差异化的处理。5.根据权利要求1所述基于文件系统优化的固态存储方法，其特征在于，所述BLOCK被划分多个域，与数据类型一一对应；接收到HOST写命令时根据数据类型写入到对应BLOCK域的空闲块。6.根据权利要求1所述基于文件系统优化的固态存储方法，其特征在于，所述固定缓存区用于缓存文件系统元数据；...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨柱，郝晨，谷卫青，唐先芝，王剑立，高明扬，吴浚，潘文洁，刘艺楠，马铭振，朱孟元，贺利春，
申请(专利权)人：尧云科技西安有限公司，
类型：发明
国别省市：