提升SSD数据保持性的方法、装置、计算机设备及存储介质与流程

提升ssd数据保持性的方法、装置、计算机设备及存储介质
技术领域
1.本发明涉及ssd数据保持性技术领域，尤其是指提升ssd数据保持性的方法、装置、计算机设备及存储介质。


背景技术：

2.ssd(固态硬盘)已经被广泛应用于各种场合，目前在pc市场，已经逐步替代传统的hdd，从可靠性和性能方面为用户提供较好的体验。ssd内部使用nand作为存储介质，其内由cell的不同电压状态来表述特定的数值0/1。随着nand的技术演进，每个cell可表征的数位也从1bit(slc)演变为2bit(mlc),3bit(tlc),4bit(qlc)等。对应地每个cell的电压状态细分区间变多，从而也更容易出错。
3.而ssd在典型使用场景下需要较长的数据保持性：出厂时，主机预先烧录了一部分数据(os、驱动等)，然后再在仓库中存放或者运输较长时间，然后才到终端客户手中；为保障其预置数据的正确性，一般厂商会要求ssd出厂时能够提供7年@43c的数据保持性。当ssd达到使用寿命后(达到宣称的写入量)，此后会作为只读存储设备，为保障此时盘内有效数据的正确性，一般厂商会要求ssd在寿命末期能够提供3年@43c的数据保持性。由于nand的物理特性，在掉电存放时，其cell的电压会出现偏移，进而导致数据错误。当cell的电压区间划分越多(表征的数位越多)，该失效场景越明显，导致无法正确读回数据。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供提升ssd数据保持性的方法、装置、计算机设备及存储介质。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
6.提升ssd数据保持性的方法，包括以下步骤：
7.获取主机下发的数据，以得到写入数据；
8.判断ssd是否处于生命周期的初期状态；
9.若处于生命周期的初期状态，则判断ssd内的有效数据量是否超过阈值；
10.若未超过阈值，则分配单位存储模式下的物理块，对写入数据进行存储；
11.若超过阈值，则将部分单位存储模式下的物理块中的数据搬移到多位存储模式下的物理块中，以释放存储空间，用于存储写入数据；
12.若未处于生命周期的初期状态，则分配多位存储模式下的物理块，对写入数据进行存储。
13.其进一步技术方案为：所述生命周期的初期状态指的是ssd的写入量小于设定值或ssd的物理块擦除次数小于设定阈值时，则判定ssd处于生命周期的初期状态。
14.其进一步技术方案为：所述若未处于生命周期的初期状态，则分配多位存储模式下的物理块，对写入数据进行存储步骤之后，还包括：
15.判断ssd是否处于生命周期的末期状态；
16.若处于生命周期的末期状态，则将ssd设置为只读模式，并将ssd设置为只读模式的信息反馈至主机；
17.判断ssd内的有效数据量是否超过阈值；
18.若未超过阈值，则将多位存储模式下的物理块中的数据搬移到单位存储模式下的物理块中；
19.若超过阈值，则主机选择需要进行数据保持性增强的数据范围，以得到待增强数据信息，并将待增强数据信息传递至ssd；
20.根据待增强数据信息，将待增强数据信息中处于多位存储模式下的物理块中的数据搬移到单位存储模式下的物理块中。
21.其进一步技术方案为：所述生命周期的末期状态指的是ssd的写入量达到最大值或ssd的物理块擦除次数达到nand的上限时，则判定ssd处于生命周期的末期状态。
22.提升ssd数据保持性的装置，包括：获取单元，第一判断单元，第二判断单元，第一分配存储单元，搬移写入单元及第二分配存储单元；
23.所述获取单元，用于获取主机下发的数据，以得到写入数据；
24.所述第一判断单元，用于判断ssd是否处于生命周期的初期状态；
25.所述第二判断单元，用于若处于生命周期的初期状态，则判断ssd内的有效数据量是否超过阈值；
26.所述第一分配存储单元，用于若未超过阈值，则分配单位存储模式下的物理块，对写入数据进行存储；
27.所述搬移写入单元，用于若超过阈值，则将部分单位存储模式下的物理块中的数据搬移到多位存储模式下的物理块中，以释放存储空间，用于存储写入数据；
28.所述第二分配存储单元，用于若未处于生命周期的初期状态，则分配多位存储模式下的物理块，对写入数据进行存储。
29.其进一步技术方案为：所述生命周期的初期状态指的是ssd的写入量小于设定值或ssd的物理块擦除次数小于设定阈值时，则判定ssd处于生命周期的初期状态。
30.其进一步技术方案为：还包括：第三判断单元，设置单元，第四判断单元，第一搬移单元，选择传递单元及第二搬移单元；
31.所述第三判断单元，用于判断ssd是否处于生命周期的末期状态；
32.所述设置单元，用于若处于生命周期的末期状态，则将ssd设置为只读模式，并将ssd设置为只读模式的信息反馈至主机；
33.所述第四判断单元，用于判断ssd内的有效数据量是否超过阈值；
34.所述第一搬移单元，用于若未超过阈值，则将多位存储模式下的物理块中的数据搬移到单位存储模式下的物理块中；
35.所述选择传递单元，用于若超过阈值，则主机选择需要进行数据保持性增强的数据范围，以得到待增强数据信息，并将待增强数据信息传递至ssd；
36.所述第二搬移单元，用于根据待增强数据信息，将待增强数据信息中处于多位存储模式下的物理块中的数据搬移到单位存储模式下的物理块中。
37.其进一步技术方案为：所述生命周期的末期状态指的是ssd的写入量达到最大值或ssd的物理块擦除次数达到nand的上限时，则判定ssd处于生命周期的末期状态。
38.一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器及处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述所述的提升ssd数据保持性的方法。
39.一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时可实现如上述所述的提升ssd数据保持性的方法。
40.本发明与现有技术相比的有益效果是：针对ssd不同生命周期的数据保持性需求，对数据采用不同的存储方式，从而有效提升了数据可靠性。
41.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
42.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
43.图1为现有典型的ssd组成示意图；
44.图2为ssd处于单位存储模式及多位存储模式下cell电压分布示意图；
45.图3为ssd较长时间使用后cell电压偏移后的分布示意图；
46.图4为本发明实施例提供的提升ssd数据保持性的方法的流程示意图一；
47.图5为本发明实施例提供的提升ssd数据保持性的方法的流程示意图二；
48.图6为本发明实施例提供的提升ssd数据保持性的方法的应用场景示意图；
49.图7为本发明实施例提供的提升ssd数据保持性的装置的示意性框图一；
50.图8为本发明实施例提供的提升ssd数据保持性的装置的示意性框图二；
51.图9为本发明实施例提供的计算机设备的示意性框图。
具体实施方式
52.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
53.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
54.还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
55.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
56.请参阅图1所示，典型的ssd组成包括：
57.die,可独立并发进行nand内部操作的单元；
58.block,nand array内可独立擦除的单元，其内各个物理位置的数据写入后在下一次写之前必须要将整个block擦除；
59.page，编程单元。
60.其中，block(物理块)可以工作在不同的存储模式，以qlc为例：可以工作在单位存储模式(slc),其数据保持性较强，但是存储空间只有多位模式(qlc)的1/4；反之，当工作在多位存储模式(qlc),其数据保持性较弱，但存储空间较大；当物理块擦除后，可以选择工作在单位/多位存储模式。
61.请参阅图2所示，ssd典型的单位存储(slc)、多位存储(qlc)模式下的cell电压分布；
62.nand的数据存储是靠cell不同状况来进行的：当处于单位存储模式时，每个cell对应1个bit,对应两个电压分布，其间隔很大。物理页编程时，根据待写入的数据为0还是1，将对应cell编程至对应的电压区间；物理页读出时，根据预置的参考电压(vref_1),判断cell电压的相对位置，进而识别为0还是1；当处于多位存储模式时，每个cell对应4个bit,可以分别编程为0/1,组合起来即可表示1111，1110,1100
…
0000等16个值，而这16个值可关联到不同的电压分布。此时需要十五个预置的参考电压(vref_1,
…
vref_15)来判断0/1,由于电压分布的间隔较小，相对单位存储模式更容易出错。
63.请参阅图3所示，当nand存储较长时间后：在长时间存储后，由于电池的泄露，导致右侧的电压会向左偏移；当单位存储模式(slc)时，由于仅有俩个电压区间，即使左移后，参考电压仍然可以正确地判断数据0/1；当多位存储模式(qlc)时，由于有十六个电压区间，且每个区间的窗口很窄，左移后会导致部分电压越过参考电压/与相邻的电压分布混叠，一旦发生该场景，参考电压做电压比较时，会做出错误的判断，进而返回错误的数据。
64.综合上述信息，可知，由于cell的物理特性，单位存储模式相对多位存储模式有很大的数据可靠性优势；但由于存储位数的降低，单位存储模式下的存储容量比多位存储模式要小(以512gb的qlc ssd为例，当采用单位存储模式时，仅能存储128gb数据；当采用多位存储模式时，可存储521gb数据)。
65.请参阅图4所示的具体实施例，本发明公开了一种提升ssd数据保持性的方法，包括以下步骤：
66.s1，获取主机下发的数据，以得到写入数据；
67.s2，判断ssd是否处于生命周期的初期状态；
68.s3，若处于生命周期的初期状态，则判断ssd内的有效数据量是否超过阈值；
69.其中，有效数据量的设定阈值为120gb或其他数值。
70.s4，若未超过阈值，则分配单位存储模式下的物理块，对写入数据进行存储；
71.s5，若超过阈值，则将部分单位存储模式下的物理块中的数据搬移到多位存储模式下的物理块中，以释放存储空间，用于存储写入数据；
72.其中，部分单位存储模式下的物理块为单位存储模式下全部物理块的1/3-1/2。
73.s6，若未处于生命周期的初期状态，则分配多位存储模式下的物理块，对写入数据进行存储。
74.其中，当ssd伴随主机/笔记本新出厂时，其内一般只加载必要的os、驱动等数据，其数据量远远小于ssd的物理容量，故基于上述策略，可保证对应的出厂数据都处于单位存
储模式。随后可以获得较长的数据保持时间(运输/仓储)，进而保障到达终端用户时可正常加载os。
75.其中，所述生命周期的初期状态指的是ssd的写入量小于设定值或ssd的物理块擦除次数小于设定阈值时，则判定ssd处于生命周期的初期状态。
76.进一步地，在本实施例中，写入量的设定值为1024gb或其他数值，ssd的物理块擦除次数的设定阈值为2次或其他数值。
77.另一实施例中，请参阅图5所示，在s6步骤之后，还包括：
78.s7，判断ssd是否处于生命周期的末期状态；若未处于生命周期的末期状态，则返回执行步骤s6；
79.s8，若处于生命周期的末期状态，则将ssd设置为只读模式，并将ssd设置为只读模式的信息反馈至主机；
80.其中，只读模式为ssd不再接受主机新数据写入。
81.s9，判断ssd内的有效数据量是否超过阈值；
82.其中，有效数据量的设定阈值为120gb或其他数值。
83.s10，若未超过阈值，则将多位存储模式下的物理块中的数据搬移到单位存储模式下的物理块中；
84.其中，此时ssd内的有效数据可以全部装入单位存储模式下的物理块中，ssd可以自动处理。
85.s11，若超过阈值，则主机选择需要进行数据保持性增强的数据范围，以得到待增强数据信息，并将待增强数据信息传递至ssd；
86.其中，此时ssd内的有效数据超过单位存储模式的存储空间，需要主机来指示哪些关键数据需要增强数据保持性。其中，需要进行数据保持性增强的数据范围为os数据、驱动数据等。
87.s12，根据待增强数据信息，将待增强数据信息中处于多位存储模式下的物理块中的数据搬移到单位存储模式下的物理块中。
88.其中，所述生命周期的末期状态指的是ssd的写入量达到最大值或ssd的物理块擦除次数达到nand的上限时，则判定ssd处于生命周期的末期状态。
89.进一步地，在本实施例中，写入量的最大值为厂家宣称的写入量，nand的上限为3万次或其他数值。
90.请参阅图6所示，针对ssd特定生命周期的数据保持性增强的解决方案：
91.主机提交写命令到ssd的前端模块，ssd前端模块将命令分割成映射单元(lpa，典型如4kb)，提交操作请求到缓冲区管理模块，分配写缓冲区，根据所分配的缓冲区，建立与主机的数据传输，且在完成数据传输后告知主机命令完成，生命周期识别模块，根据预定的规则，判断ssd是否处于刚出厂状态(即生命周期的初期状态)或者达到生命末期状态；物理块模式分配，根据生命周期识别模块的需求，分配对应的单位/多位存储模式物理块进行数据写入；映射表管理模块，根据访问的逻辑地址(lpa)以及分配的物理地址(ppa)，更新存储器中的映射表(l2p)，提交操作请求到后端模块，后端模块根据物理地址发起对nand写请求，等待nand写操作请求完成。
92.本发明针对ssd不同生命周期的数据保持性需求，对数据采用不同的存储方式，从
而有效提升了数据可靠性：通过预置的规则，判定ssd处于生命周期初期时，其有效数据较少，ssd内物理块采用单位存储模式；当ssd达到使用寿命进入只读模式后，通过特定的规则或者主机指示，将有效数据搬移到单位存储模式物理块。
93.请参阅图7所示，本发明还公开了一种提升ssd数据保持性的装置，包括：获取单元10，第一判断单元20，第二判断单元30，第一分配存储单元40，搬移写入单元50及第二分配存储单元60；
94.所述获取单元10，用于获取主机下发的数据，以得到写入数据；
95.所述第一判断单元20，用于判断ssd是否处于生命周期的初期状态；
96.所述第二判断单元30，用于若处于生命周期的初期状态，则判断ssd内的有效数据量是否超过阈值；
97.所述第一分配存储单元40，用于若未超过阈值，则分配单位存储模式下的物理块，对写入数据进行存储；
98.所述搬移写入单元50，用于若超过阈值，则将部分单位存储模式下的物理块中的数据搬移到多位存储模式下的物理块中，以释放存储空间，用于存储写入数据；
99.所述第二分配存储单元60，用于若未处于生命周期的初期状态，则分配多位存储模式下的物理块，对写入数据进行存储。
100.其中，所述生命周期的初期状态指的是ssd的写入量小于设定值或ssd的物理块擦除次数小于设定阈值时，则判定ssd处于生命周期的初期状态。
101.另一实施例中，请参阅图8所示，该装置还包括：第三判断单元70，设置单元80，第四判断单元90，第一搬移单元100，选择传递单元110及第二搬移单元120；
102.所述第三判断单元70，用于判断ssd是否处于生命周期的末期状态；
103.所述设置单元80，用于若处于生命周期的末期状态，则将ssd设置为只读模式，并将ssd设置为只读模式的信息反馈至主机；
104.所述第四判断单元90，用于判断ssd内的有效数据量是否超过阈值；
105.所述第一搬移单元100，用于若未超过阈值，则将多位存储模式下的物理块中的数据搬移到单位存储模式下的物理块中；
106.所述选择传递单元110，用于若超过阈值，则主机选择需要进行数据保持性增强的数据范围，以得到待增强数据信息，并将待增强数据信息传递至ssd；
107.所述第二搬移单元120，用于根据待增强数据信息，将待增强数据信息中处于多位存储模式下的物理块中的数据搬移到单位存储模式下的物理块中。
108.其中，所述生命周期的末期状态指的是ssd的写入量达到最大值或ssd的物理块擦除次数达到nand的上限时，则判定ssd处于生命周期的末期状态。
109.需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，上述提升ssd数据保持性的装置和各单元的具体实现过程，可以参考前述方法实施例中的相应描述，为了描述的方便和简洁，在此不再赘述。
110.上述提升ssd数据保持性的装置可以实现为一种计算机程序的形式，该计算机程序可以在如图9所示的计算机设备上运行。
111.请参阅图9，图9是本技术实施例提供的一种计算机设备的示意性框图；该计算机设备500可以是终端，也可以是服务器，其中，终端可以是智能手机、平板电脑、笔记本电脑、
台式电脑、个人数字助理和穿戴式设备等具有通信功能的电子设备。服务器可以是独立的服务器，也可以是多个服务器组成的服务器集群。
112.参阅图9，该计算机设备500包括通过系统总线501连接的处理器502、存储器和网络接口505，其中，存储器可以包括非易失性存储介质503和内存储器504。
113.该非易失性存储介质503可存储操作系统5031和计算机程序5032。该计算机程序5032包括程序指令，该程序指令被执行时，可使得处理器502执行一种提升ssd数据保持性的方法。
114.该处理器502用于提供计算和控制能力，以支撑整个计算机设备500的运行。
115.该内存储器504为非易失性存储介质503中的计算机程序5032的运行提供环境，该计算机程序5032被处理器502执行时，可使得处理器502执行一种提升ssd数据保持性的方法。
116.该网络接口505用于与其它设备进行网络通信。本领域技术人员可以理解，图9中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的计算机设备500的限定，具体的计算机设备500可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
117.其中，所述处理器502用于运行存储在存储器中的计算机程序5032，以实现如下步骤：
118.步骤一、获取主机下发的数据，以得到写入数据；
119.步骤二、判断ssd是否处于生命周期的初期状态；
120.步骤三、若处于生命周期的初期状态，则判断ssd内的有效数据量是否超过阈值；
121.步骤四、若未超过阈值，则分配单位存储模式下的物理块，对写入数据进行存储；
122.步骤五、若超过阈值，则将部分单位存储模式下的物理块中的数据搬移到多位存储模式下的物理块中，以释放存储空间，用于存储写入数据；
123.步骤六、若未处于生命周期的初期状态，则分配多位存储模式下的物理块，对写入数据进行存储。
124.应当理解，在本技术实施例中，处理器502可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，该处理器502还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。其中，通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
125.本领域普通技术人员可以理解的是实现上述实施例的方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。该计算机程序包括程序指令，计算机程序可存储于一存储介质中，该存储介质为计算机可读存储介质。该程序指令被该计算机系统中的至少一个处理器执行，以实现上述方法的实施例的流程步骤。
126.因此，本发明还提供一种存储介质。该存储介质可以为计算机可读存储介质。该存储介质存储有计算机程序，其中计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时可实现上述的提升ssd数据保持性的方法。该存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时可实现上述的方法。该程序指令包括以
下步骤：
127.步骤一、获取主机下发的数据，以得到写入数据；
128.步骤二、判断ssd是否处于生命周期的初期状态；
129.步骤三、若处于生命周期的初期状态，则判断ssd内的有效数据量是否超过阈值；
130.步骤四、若未超过阈值，则分配单位存储模式下的物理块，对写入数据进行存储；
131.步骤五、若超过阈值，则将部分单位存储模式下的物理块中的数据搬移到多位存储模式下的物理块中，以释放存储空间，用于存储写入数据；
132.步骤六、若未处于生命周期的初期状态，则分配多位存储模式下的物理块，对写入数据进行存储。
133.在一实施例中，所述生命周期的初期状态指的是ssd的写入量小于设定值或ssd的物理块擦除次数小于设定阈值时，则判定ssd处于生命周期的初期状态。
134.在一实施例中，所述若未处于生命周期的初期状态，则分配多位存储模式下的物理块，对写入数据进行存储步骤之后，还包括：
135.步骤七、判断ssd是否处于生命周期的末期状态；
136.步骤八、若处于生命周期的末期状态，则将ssd设置为只读模式，并将ssd设置为只读模式的信息反馈至主机；
137.步骤九、判断ssd内的有效数据量是否超过阈值；
138.步骤十、若未超过阈值，则将多位存储模式下的物理块中的数据搬移到单位存储模式下的物理块中；
139.步骤十一、若超过阈值，则主机选择需要进行数据保持性增强的数据范围，以得到待增强数据信息，并将待增强数据信息传递至ssd；
140.步骤十二、根据待增强数据信息，将待增强数据信息中处于多位存储模式下的物理块中的数据搬移到单位存储模式下的物理块中。
141.在一实施例中，所述生命周期的末期状态指的是ssd的写入量达到最大值或ssd的物理块擦除次数达到nand的上限时，则判定ssd处于生命周期的末期状态。
142.所述存储介质可以是u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，rom)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的计算机可读存储介质。
143.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
144.在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的。例如，各个单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
145.本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。本发明实施例装置中的单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。另外，在本发明各个实施
例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。
146.该集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，终端，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。
147.上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。