一种固态硬盘以及固态硬盘的效能优化方法与流程

本发明涉及存储虚拟化，尤其涉及一种固态硬盘以及固态硬盘的效能优化方法。

背景技术：

1、存储虚拟化技术领域涉及将主机可见的逻辑存储空间与底层物理存储资源进行分离管理的技术，核心功能在于通过地址映射、资源抽象和访问调度，使上层任务不直接感知物理介质位置变化。其中，传统固态硬盘是指由主机接口、控制器、缓存和非易失性存储阵列组成的存储设备，控制器接收主机读写请求后，依据逻辑地址映射关系访问闪存通道，并在固件中完成地址转换、缓存写入、垃圾回收和磨损均衡。

2、在固态硬盘实际运行中，静态地址映射容易使连续请求集中到少数闪存通道，热点数据与冷数据共享同一磨损边界时写入放大增加，存储虚拟化仅停留在主机逻辑空间抽象时难以感知盘内缓存占用和擦写状态，批量请求与后台整理任务争用控制器资源时请求拥塞，迁移滞后，异常回退缺少统一判定依据，导致响应顺序与寿命分配之间难以兼顾，盘内资源调整结果也难以被后续调度稳定复用。

技术实现思路

1、为解决背景技术中静态映射难以同时约束访问性能、缓存占用、通道拥塞和闪存磨损的问题，本发明提供一种固态硬盘，包括主机接口、控制器、本地缓存、非易失性存储阵列和固件存储空间。

2、主机接口接收输入输出请求流，非易失性存储阵列提供物理存储单元，固件存储空间存储虚拟化映射表；

3、控制器从主机接口、非易失性存储阵列和本地缓存分别获取输入输出请求流、物理擦写状态和缓存占用状态，并根据逻辑地址连续性、请求到达时序、读写类型、物理擦写状态和缓存占用状态划分虚拟存储切片，形成访问压力中间结果。

4、控制器再根据访问压力中间结果将虚拟存储切片绑定至性能队列和耐久队列中的匹配队列，在迁移触发条件成立时更新虚拟化映射表，并向闪存通道输出资源调整结果。

5、作为递进方案，虚拟存储切片由主机命名空间中的逻辑地址边界、请求时间窗口、读写方向标识和物理存储单元地址共同限定；

6、当相邻切片编号在同一请求时间窗口内共享相同读写方向标识时进行合并，当相邻切片编号对应的物理存储单元擦写离散程度超过切片边界条件时保持分离。

7、作为进一步递进方案，访问压力中间结果包括读访问压力状态、写入集中状态和映射冲突状态。

8、读访问压力状态由读取次数和连续命中次数共同限定，写入集中状态由写入次数和物理存储单元擦写离散程度共同限定，映射冲突状态由映射变更次数和缓存占用状态共同限定。

9、性能触发条件成立时，虚拟存储切片绑定至性能队列；

10、耐久触发条件成立时，虚拟存储切片绑定至耐久队列；

11、映射冲突状态成立时，控制器延迟虚拟化映射表更新并保留原队列绑定结果。

12、为解决同一分项技术问题，一种可选限定为缓存优先绑定方案，控制器在虚拟存储切片的重复读取次数满足缓存进入条件且本地缓存存在可替换缓存页时，将虚拟存储切片绑定至性能队列；

13、另一种可选限定为通道并行绑定方案，控制器在虚拟存储切片对应的连续逻辑地址段跨越多个闪存通道且各闪存通道等待深度均未达到通道占用边界时，将虚拟存储切片绑定至性能队列。

14、上述两种方案均围绕虚拟存储切片与队列绑定关系展开，并分别以缓存可用性和通道并行性作为进入条件。

15、作为附加限定，资源调整结果包括通道调度指令、映射更新指令和迁移执行指令。

16、控制器在性能触发条件成立时将虚拟存储切片调度至等待深度未达到调度边界的闪存通道，在耐久触发条件成立时将虚拟存储切片迁移至擦写次数处于均衡边界以内的物理存储单元，并在迁移执行状态通过页校验后更新虚拟化映射表。

17、页校验失败时，控制器停止映射更新指令并读取元数据副本，根据元数据副本与虚拟化映射表中的切片编号是否一致执行地址恢复或映射重建维护。

18、本发明还提供一种固态硬盘的效能优化方法，用于支持前述固态硬盘的盘内资源调度。

19、效能优化方法通过主机接口接收输入输出请求流，读取缓存占用状态和物理擦写状态，将逻辑地址空间划分为虚拟存储切片并生成访问压力中间结果，依据访问压力中间结果形成队列绑定结果；

20、迁移触发条件成立时更新虚拟化映射表并输出资源调整结果，迁移触发条件不成立时保持现有映射关系并按照原绑定队列执行输入输出请求。

21、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

22、本发明中，通过在固态硬盘内部建立虚拟逻辑空间、虚拟存储切片和物理存储单元之间的动态映射关系，输入输出请求流不再只依赖静态地址映射进入闪存通道；访问压力中间结果同时约束缓存占用、请求时序和擦写状态，使性能队列与耐久队列能够按盘内状态切换；迁移触发条件与异常回退规则共同限制无效迁移和重复写入，减少热点集中造成的通道拥塞和写入放大，并使资源调整结果能够反馈至后续调度，主机侧无需参与盘内物理位置选择，响应顺序与寿命分配保持一致的技术边界。

1.一种固态硬盘，其特征在于，包括主机接口、控制器、本地缓存、非易失性存储阵列和固件存储空间，所述主机接口与主机连接并接收输入输出请求流，所述非易失性存储阵列包括多个物理存储单元，所述固件存储空间存储虚拟化映射表；

2.根据权利要求1所述的固态硬盘，其特征在于，所述控制器生成所述虚拟存储切片的过程包括：

3.根据权利要求2所述的固态硬盘，其特征在于，所述访问压力中间结果包括读访问压力状态、写入集中状态和映射冲突状态；

4.根据权利要求3所述的固态硬盘，其特征在于，所述迁移触发条件包括性能触发条件和耐久触发条件；

5.根据权利要求4所述的固态硬盘，其特征在于，所述资源调整结果包括通道调度指令、映射更新指令和迁移执行指令；

6.根据权利要求2所述的固态硬盘，其特征在于，所述控制器针对所述虚拟存储切片执行缓存优先绑定方案，所述缓存优先绑定方案包括：

7.根据权利要求2所述的固态硬盘，其特征在于，所述控制器针对所述虚拟存储切片执行通道并行绑定方案，所述通道并行绑定方案包括：

8.根据权利要求5所述的固态硬盘，其特征在于，所述控制器执行异常回退处理，所述异常回退处理包括：

9.根据权利要求5所述的固态硬盘，其特征在于，所述控制器在形成所述资源调整结果时设置前台请求队列、后台整理队列和迁移队列；

10.一种固态硬盘的效能优化方法，用于支持权利要求1至9任一项所述固态硬盘的盘内资源调度，其特征在于，包括：