一种提高ZNS固态硬盘NORFLASH写入性能的方法技术

本发明专利技术涉及一种提高ZNS固态硬盘NOR FLASH写入性能的方法，以及使用该方法的电子设备和装置，所述方法包括：通过设置缓冲区，并逐步写满，同时擦除待写入区域，记录每次写入时的起始位置，以便在写入下一个log时，对NOR FLASH中下一区块进行同步擦除操作；采用该方法可以降低在SPI NOR FLASH操作时CPU的无效等待时间，从而降低反复大量写NOR FLASH时对系统性能的影响，提高NOR FLASH写入性能，同时进一步提高ZNS固态硬盘的使用寿命。进一步提高ZNS固态硬盘的使用寿命。进一步提高ZNS固态硬盘的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种提高ZNS固态硬盘NOR FLASH写入性能的方法


[0001]本专利技术涉及计算机存储领域，尤其涉及一种提高ZNS固态硬盘NOR FLASH写入性能的方法。

技术介绍

[0002]ZNS SSD即分区命名空间固态硬盘，ZNS是从OC(Open Channel，开放通道)SSD基础上发展而来的，实现了把FTL(Flash Translation Layer，闪存转换层)从SSD内部迁移到上层的Host端，把SSD内部开放给了Host端，这样用户可以根据自己需要，比较灵活的拥有自己特定的FTL。
[0003]ZNS SSD内部可以根据不同的应用场景将不同的zone与不同的物理位置进行映射；Config A是一种最有利于顺序读写的配置，这种方法可以保证读写过程Die的并发性最好，一般来说标准SSD都会按照这种方式写入。Config B更有利于Latency敏感的场景，每个用户控制自己的Die，从而减少相互之间的影响。
[0004]ZRWA允许在SSD缓存中对数据进行随机写入和就地覆盖。与Zone Append命令相比，这种方法在SSD上需要更多的资源。ZNS SSD要求所有zone只能顺序写入(或者append等)，不能出现复写操作，重新使用前需要对zone执行zone reset命令等，这样应用及驱动都需要更多的配合ZNS SSD，不过当前各大存储系统及开源工具都已经或者计划完成ZNSSSD的适配与支持，标准化的接口实现了强大的软件和硬件生态系统。
[0005]相比普通SSD产品，ZNS SSD主要有五大优势：消除了SSD的GC(GarbageCollection，垃圾回收)进程的WAF(Write Amplification，写放大)、消除了传统的OP(Overprovisioning，预留空间)空间、由于较小的映射表，DRAM更少、更高的吞吐量和更低的延迟、大幅提升SSD盘寿命。
[0006]ZNS固态硬盘中的SPI NOR FLASH，对于已写入数据的sector必须要擦除才能再写入数据，而SPI NOR FLASH三大操作“读、写、擦除”中，擦除是最耗时的动作，SPI NOR FLASH在操作时，下一步的NOR FLASH操作必须在硬件上等上个NOR FLASH动作完成.当系统在做IO等消耗CPU的操作时，保存log时每次需要等擦除完NOR FLASH再写入log到NOR FLASH，擦除过程由SPI硬件完成，擦除过程中CPU处于无效等待状态，该无效等待时间对系统性能影响比较大。
[0007]ZNS固态硬盘中的SPI NOR FLASH，对于写过数据的sector必须要擦除才能再写入数据，而SPI NOR FLASH三大操作“读、写、擦除”中，擦除是最耗时的动作，SPI NOR FLASH在操作时，下一步的NOR FLASH操作必须在硬件上等上个NOR FLASH操作完成。而当系统在做IO等占用CPU操作时，保存log时每次需要等擦除完NOR FLASH再写入log到NOR FLASH，擦除过程由SPI硬件完成，擦除过程中CPU处于无效等待状态，该无效等待时间对系统性能影响比较大，其中某些擦除sector耗时较多，如擦除sector[N+1]需要45ms，则CPU必须要等45ms擦除完后，才能把P1的数据写入NOR FLASH，同理后续的步骤也一样，因此现有技术中ZNS固态硬盘在写NOR FLASH时降低了系统CPU的有效利用率，影响了系统总体性能。

技术实现思路

[0008]为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种提高ZNS固态硬盘NOR FLASH写入性能的方法。
[0009]本专利技术具体涉及一种通过设置缓冲区，并逐步写满，同时擦除待写入区域来降低写NOR FLASH时对系统性能影响的操作方法。具体方法包括：
[0010]步骤1设置一个合适大小的内存缓冲区(以下统一写作logbuf，其大小为LOG_SIZE)，运行时log逐个记录并写入到logbuf中；
[0011]步骤2当logbuf中数据写满，即数据大小达到与LOG_SIZE相同时，将logbuf写入到NOR FLASH中；
[0012]步骤3在将上一个logbuf写入NOR FLASH之后，即将开始写入下一个logbuf的同时，开始擦除下一次即将保存的LOG_SIZE区域；
[0013]步骤4重复步骤2
‑
3，直到所要写入的大量数据均写入到NOR FLASH中为止。
[0014]进一步的所述步骤1中包含以下步骤：
[0015]步骤1.1在NOR FLASH Flash中选取一个空物理扇区作为存储缓冲区；
[0016]步骤1.2将log数据写入其对应的物理地址。
[0017]进一步的所述步骤2的具体步骤如下：
[0018]步骤2.1记录logbuf中当前数据长度；
[0019]步骤2.2判断步骤2.1中当前数据长度与LOG_SIZE的大小；
[0020]步骤2.3如果当前数据长度与LOG_SIZE大小相等，则表示已完成目标数据的写入，如果小于LOG_SIZE大小，则继续重复步骤2.1至步骤2.2直至logbuf写满数据；
[0021]步骤2.4将步骤2.3的logbuf中的数据写入到待写入的NOR FLASH扇区中。
[0022]进一步的步骤3中的擦除具体步骤如下：
[0023]步骤3.1记录上次写操作结束时的位置sector[N]，计算得到下次所要擦除操作的起始位置sector[N+i]，其中i为LOG_SIZE的大小；
[0024]步骤3.2在logbuf写入下一组log数据的同时，擦除sector[N+i]至sector[N+2i]扇区的数据。
[0025]可选的，所述NOR FLASH存储器的每个物理块再被划分成：一个块头部(Block Header)，一系列的物理页，以及根据物理块大小的不同，每个物理块尾部可能有一个剩余区，其大小小于一个物理页的大小；每个物理页又划分为备用区和数据区两部分，数据区用于存储文件数据，备用区用于存储管理物理页的管理数据。
[0026]可选的，所述备用区的MDR表采用带CRC校验的双备份结构，MDR表中每个用户文件信息具有独立CRC校验，如果其中一个MDR表全部或部分数据损坏，能够通过另外MDR表修复。
[0027]可选的，本专利技术还提供一种电子设备，包括：
[0028]一个或多个处理器；
[0029]存储器，用于存储一个或多个程序；
[0030]其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行如步骤1
‑
4所述的方法。
[0031]可选的，本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，所述可
执行指令被处理器执行时使处理器执行如步骤1
‑
4所述的方法。
[0032]本专利技术所提供的一种降低ZNS固本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高ZNS固态硬盘NOR FLASH写入性能的方法，具体方法包括以下步骤：步骤1、设置一个合适大小的内存缓冲区logbuf[LOG_SIZE]，运行时log逐个记录并写入到logbuf中；步骤2、当logbuf中数据写满，即数据大小达到与LOG_SIZE相同时，将logbuf写入到NOR FLASH中；步骤3、在将上一个logbuf写入NOR FLASH之后，即将开始写入下一个logbuf的同时，开始擦除下一次即将保存的LOG_SIZE区域；步骤4、重复步骤2
‑
3，直到所要写入的大量数据均写入到NOR FLASH中为止；其中所述步骤2的具体步骤如下：步骤2.1记录logbuf中当前数据长度；步骤2.2判断步骤2.1中当前数据长度与LOG_SIZE的大小；步骤2.3如果当前数据长度与LOG_SIZE大小相等，则表示已完成目标数据的写入，如果小于LOG_SIZE大小，则继续重复步骤2.1至步骤2.2直至logbuf写满数据；步骤2.4将步骤2.3的logbuf中的数据写入到待写入的NOR FLASH扇区中；其中步骤3中的擦除具体步骤如下：步骤3.1记录上次写操作结束时的位置sector[N]，计算得到下次所要擦除操作的起始位置sector[N+i]，其中i为LOG_SIZE的大小；步骤3.2在lo...

【专利技术属性】
技术研发人员：钦传雄，刘兴斌，
申请(专利权)人：武汉麓谷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：