一种双向动态切换的存储系统及动态切换管理方法

1.本发明属于数据存储领域，有关于一种存储系统与管理方法，尤其涉及双向动态切换的存储单元的管理方法、装置和系统。


背景技术：

2.固态存储和嵌入式存储在这几年来的成长十分迅速，使得消费者对存储器的需求也急速增加。由于非易失性存储器模块(例如，闪存存储器)具有数据非易失性、省电、体积小，以及无机械结构等特性，非常适合内装于各种便携式装置中。
3.一般来说，为了延长存储器的使用时长，存储器会自适应的切换一些存储单元的控制。主控单元会将热数据存放于性能较高的存储单元，将冷数据存放于性能较低的存储单元，从而尽可能均衡各个存储单元的性能参数。目前某些存储器支持将部分性能较高的存储单元在磨损程度较高时交由其他性能较低的存储单元统一控制，但当性能较高的存储单元数量逐渐减少时，不能提供足够的存储单元用来存储数据。为了实现存储器各存储单元的性能与寿命均衡，亟需提出双向动态切换的存储系统与管理规则。


技术实现要素：

4.本发明提供一种双向动态切换的存储系统，包括n个存储单元。存储单元分为：至少对一类数据进行存储的一类单元，或，对二类数据进行存储的二类单元。所述一类单元的性能参数大于阈值q，二类单元的性能参数小于等于阈值q。本发明阈值q配置成一动态阈值，使得一类单元的数量n不低于数量阈值p，解决了现有存储系统部分模块过度使用的问题，均衡了各存储单元的性能与寿命。
5.具体的，通过一控制器调制前述性能参数阈值q,当一类单元的数量n达到一数量阈值p时，降低阈值q，以增加n的值，保证一类单元的数量n不低于阈值p。其中，
6.当一存储单元的性能参数降低，从大于阈值q降低到q以下时，该存储单元从一类单元转变为二类单元，一类单元的数量n减少1。
7.当降低阈值q至q1，部分性能参数大于阈值q1的二类单元从二类单元转变为一类单元。
8.本技术中，初始阶段的所有存储单元的性能参数可以均大于阈值q，此时，可以随机选择部分存储单元来存储二类数据。
9.在现有技术中，阈值q为定值，在存储单元的使用过程中，一类单元的数量将不可逆的减少，导致存储系统无法提供足够的一类单元用来存储一类数据。甚至如果始终使用一类单元存储一类数据，将导致部分一类单元被过度使用，极大减少存储系统的寿命。本技术中将阈值q设置为一动态调控值，根据存储器实际运行情况进行适应性变动，可以动态的调整一类单元与二类单元的数量，使存储系统始终能够保持足量的两类单元用来存放相应的数据。当一类单元数量n达到一数量阈值p时，表明可供使用的一类单元数量已到达可容忍的极限，则降低阈值q以增加一类单元数量n，能提供更多的一类单元供存储系统使用。以
上可知，本技术对性能阈值q进行适应性动态管理，有利于科学全面实现每类存储单元中各存储单元的寿命均衡，并且可以依据存储单元的性能为其分配不同种类的数据使存储单元的利用率最大化，可以极大延长存储系统的寿命，且算法简单，对控制器的压力较小，占据读写资源少。
10.适用于本发明的存储单元可以为：
11.(1)易失性存储器：动态随机存取存储器dram，静态随机存取存储器sram。
12.(2)非易失性存储器：铁电ram(feram)，磁ram(mram)，相变ram(pcram)，电阻式ram(reram)，闪存(nand flash)。
13.以下参数可以作为上述存储单元的性能参数：
14.(1)剩余可擦写次数
15.例如，通过控制器分别获取一类单元、二类单元的最大擦写次数及工作过程中一类单元、二类单元的已擦写次数；根据所述一类单元、二类单元的最大擦写次数和已擦写次数，计算一类单元、二类单元的剩余可擦写次数；
16.当采用剩余可擦写次数作为性能参数时，其根据剩余可擦写次数来判断存储单元的寿命，可以有效均衡存储系统各存储单元的寿命，避免因某存储单元过度使用而导致存储系统过早失效；
17.(2)剩余可存储数据时长
18.例如，通过控制器也可以分别获取一类单元、二类单元的最大存储数据时长以及工作过程中一类单元、二类单元的已存储数据时长；根据所述一类单元、二类单元的最大存储数据时长和已存储数据时长，计算一类单元、二类单元的剩余可存储数据时长。
19.当采用剩余可存储数据时长作为性能参数时，其根据存储有效数据的时长来判断存储单元是否超负荷存储，可以有效保证数据安全，减少数据丢失的风险。
20.当以剩余可擦写次数作为性能参数时，所述第一类数据的更新频率大于所述第二类数据的更新频率，可以有效均衡存储系统各存储单元的寿命，避免因某存储单元过度使用而导致存储系统过早失效；当以剩余可擦写次数作为性能参数时，所述第一类数据的信赖等级大于所述第二类数据的信赖等级，可以有效存储信赖等级高的数据，保证数据安全，减少数据丢失的风险。
21.当以剩余可存储数据时长作为性能参数时，所述第一类数据的更新频率大于所述第二类数据的更新频率，可以有效均衡存储系统各存储单元剩余存储数据的时长，避免因某存储单元过度使用而导致存储系统过早失效；当以剩余可存储数据时长作为性能参数时，所述第一类数据的信赖等级大于所述第二类数据的信赖等级，可以有效存储信赖等级高的数据，保证数据安全，减少数据丢失的风险。
22.根据以上，性能参数阈值q根据数量阈值p动态调整。为了保证一类单元始终保持一定数量，可以将数量阈值p设定为一固定常数，例如数量阈值p满足p＝[n/10]。当一类单元数量n达到一数量阈值p时，表明一类单元数量已经达到最低极限，继续下降将导致存储系统无法提供足量的一类单元用于存储数据，因此降低阈值q以增加一类单元数量n。因此，一类存储单元数量n达到一类存储单元的数量阈值p构成了性能参数阈值q动态降低的触发条件。
[0023]
本技术中，存储系统的阈值q的降低幅度可以为一固定常数，或者也可以根据存储
单元当前的运行状态适应性调整降低幅度，以最大程度优化存储器的性能，例如，降低幅度δ满足：δ＝f(q,n,p)，f(q,n,p)为与q,n,p相关的函数。q为当前性能阈值,n为一类存储单元数量，p为数量阈值。例如：f(q,n,p)＝i
×
q k
×
n j
×
p。δ应随q,n,p的变化而变化，使得每次调整性能阈值q时，一类存储单元数量n增长幅度适中。
[0024]
本技术中，当一存储单元的性能参数从大于阈值q降低到q以下时，该存储单元从一类单元转变为二类单元。为了保证数据的有效处理与提高存储单元的利用率，当存储单元的种类变化时，将该存储单元存储的数据转移至其他同类的空闲存储单元。例如，为了保证尽量使用一类单元存储一类数据，以保证高效的更新频率或安全性，本技术中，当一类单元转变为二类单元时，将其存储的数据转移至其他空闲一类存储单元；例如，为了保证尽量使用二类单元存储二类数据，本技术中，当二类单元转变为一类单元时，将其存储的数据转移至其他空闲二类存储单元。
[0025]
考虑到前述一类单元存储的一类数据的更新频率、信赖等级或数据密度等优于二类单元存储的二类数据，本技术将一类单元和二类单元进行如下配置：所述一类单元是动态随机存取存储器dram，所述二类单元是存储级内存scm；或者，所述一类单元是静态随机存取存储器sram，所述二类单元是存储级内存scm；或者，所述一类单元是静态随机存取存储器dram，所述二类单元是非易失性闪存nand flash；或者，所述一类单元是动态随机存取存储器sram，所述二类单元是非易失性闪存nand flash；或者，所述一类单元是存储级内存scm，所述二类单元是非易失性闪存nand flash。
[0026]
本技术还涉及一种存储系统的双向动态切换管理方法，包括配置性能阈值q和数量阈值p；检测存储单元的性能参数，当存储单元的性能参数大于阈值q时，将该存储单元归为一类单元，否则归为二类单元；所述性能阈值q的配置方法为：当一类单元的数量n达到一数量阈值p时，降低阈值q，以增加一类单元的数量n，使得一类单元的数量n不低于数量阈值p。
[0027]
本发明具有以下有益效果：
[0028]
(1)对各个存储单元进行动态管理，能够避免因某存储模块过度使用导致的过早失效，延长了存储器的使用寿命。
[0029]
(2)根据一类单元数量n，对性能阈值q进行适应性调整，能够最大程度的匹配存储器整体的运行情况，保证数据高效处理。
附图说明
[0030]
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0031]
在附图中：
[0032]
图1为本发明的一范例实施例所示出的控制器配置性能阈值q并区分两类存储单元的流程图。
[0033]
图2为本发明的一范例实施例所示出的控制器控制性能阈值q的流程图。
[0034]
图3为本发明的一范例实施例所示出的控制器判断一类单元是否改变存储单元种类的流程图。
[0035]
图4为本发明的一范例实施例所示出的控制器判断二类单元是否改变存储单元种
类的流程图。
[0036]
图5为本发明的一范例实施例涉及一种数码相机与sd存储卡的存储系统。
[0037]
图6为本发明的一范例实施例涉及一种笔记本电脑与固态硬盘的存储系统。
具体实施方式
[0038]
本发明涉及一种双向动态切换的存储系统，包括控制器，n个存储单元，n≥2，所述存储单元为：至少对一类数据进行存储的一类单元，或，对二类数据进行存储的二类单元；所述一类单元的性能参数大于阈值q，二类单元的性能参数小于等于阈值q；所述阈值q为一动态阈值，当一类单元的数量n达到一数量阈值p时，降低阈值q，以增加n的值，使得一类单元的数量n不低于阈值p。本发明通过设计性能阈值与数量阈值调节两类单元的管理切换与数据迁移，并设计了性能阈值的动态调节，能高效的均衡各存储单元的寿命，保证数据的高效处理。
[0039]
基于该双向动态切换的存储系统，本发明还提供了一种存储系统的双向动态切换管理方法，解决了配置性能阈值q和数量阈值p、判断存储单元种类、调节两类存储单元数量等问题。本发明为实现读写响应快，反应灵敏，工作寿命长，算法简单的存储系统大规模商业化应用打下了深厚基础。
[0040]
本发明的目的，特点和优点将通过以下实施例进行阐述，值得说明的是，该实施例仅为本发明技术中的典型范例，凡采取等同替换或等效变换而形成的技术方案，均为本发明要求保护的范围内。
[0041]
实施例1
[0042]
本实施例中，涉及一种数码相机与sd存储卡的存储系统，如图5。sd存储卡的存储单元可分为两类，一类单元存储信赖等级高的数据文件，二类单元存储信赖等级低的数据文件。本实施例中，信赖等级对应照片数据文件的保密要求等级，保密要求等级越高信赖等级越高，反之同理。
[0043]
本实施例的存储系统通过一控制器实现两类存储单元的高效存储，其整体的管理方法如图1所示。首先，步骤一为统计n个存储单元的性能参数(剩余存储数据时长)。步骤一之后，执行步骤二，判断各存储单元的剩余存储数据时长是否大于阈值q，是则将该存储单元归类为一类单元；否则将该存储单元归类为二类单元。由此，可根据拍摄照片的信赖等级区分照片数据文件的存储位置，有效存储信赖等级高的数据。
[0044]
本实施例中，阈值q设置为一动态调控值，根据存储器实际运行情况进行适应性变动，可以动态的调整一类单元与二类单元的数量，使存储系统始终能够保持足量的两类单元用来存放相应的数据。当一类单元数量n达到一数量阈值p时，表明可供使用的一类单元数量已到达可容忍的极限，则降低阈值q以增加一类单元数量n，能提供更多的一类单元供存储系统使用，如图2所示。以上可知，本技术对性能阈值q进行适应性动态管理，有利于科学全面实现每类存储单元中各存储单元的寿命均衡，并且可以依据存储单元的性能为其分配不同种类的数据使存储单元的利用率最大化，可以极大延长存储系统的寿命，且算法简单，对控制器的压力较小，占据读写资源少。
[0045]
考虑到相机的便捷性，减少控制器的运算量，本实施例中，将q的降低幅度设置为一固定常数，当一类单元数量n达到一数量阈值p时，触发阈值q一固定幅度减小至q1，部分
性能参数大于阈值q1的二类单元从二类单元转变为一类单元，以增加n的值，使得一类单元的数量n不低于数量阈值p。
[0046]
存储单元的归类变化时数据迁移的流程如图3，4所示。首先，步骤一为统计一(二)类单元的性能参数。步骤一之后，执行步骤二，判断一(二)类存储单元的性能参数是否大(小)于阈值q，是则仍为一(二)类单元；否则判定为二(一)类单元。步骤二后，执行步骤三，将变为二(一)类单元的存储单元中的数据迁移至其他空闲的一(二)类单元。由此，可以有效保证数据安全，减少数据丢失的风险。
[0047]
实施例2
[0048]
本实施例中，涉及一种笔记本电脑与固态硬盘的存储系统，如图6。固态硬盘的存储单元可分为两类，一类单元存储更新频率高的数据文件，二类单元存储更新频率低的数据文件。本实施例中，计算机系统可根据数据的更新频率为数据分配存储单元。
[0049]
本实施例的存储系统通过一计算机系统实现两类存储单元的高效存储，其整体的管理方法如图1所示。首先，步骤一为统计n个存储单元的性能参数(剩余可擦写次数)。步骤一之后，执行步骤二，判断各存储单元的剩余可擦写次数是否大于阈值q，是则将该存储单元归类为一类单元；否则将该存储单元归类为二类单元。由此，可根据存储数据的更新频率区分数据文件的存储位置，有效存储更新频率高的数据。
[0050]
本实施例中，阈值q设置为一动态调控值，根据存储器实际运行情况进行适应性变动，可以动态的调整一类单元与二类单元的数量，使存储系统始终能够保持足量的两类单元用来存放相应的数据。当一类单元数量n达到一数量阈值p时，表明可供使用的一类单元数量已到达可容忍的极限，则降低阈值q以增加一类单元数量n，能提供更多的一类单元供存储系统使用，如图2所示。以上可知，本技术对性能阈值q进行适应性动态管理，有利于科学全面实现每类存储单元中各存储单元的寿命均衡，并且可以依据存储单元的性能为其分配不同种类的数据使存储单元的利用率最大化，可以极大延长存储系统的寿命，且算法简单，对控制器的压力较小，占据读写资源少。
[0051]
为减少计算机系统的运算量，本实施例中，将q的降低幅度设置为一固定常数，当一类单元数量n达到一数量阈值p时，触发阈值q一固定幅度减小至q1，部分性能参数大于阈值q1的二类单元从二类单元转变为一类单元，以增加n的值，使得一类单元的数量n不低于数量阈值p。
[0052]
存储单元的归类变化时数据迁移的流程如图3，4所示。首先，步骤一为统计一(二)类单元的性能参数。步骤一之后，执行步骤二，判断一(二)类存储单元的性能参数是否大(小)于阈值q，是则仍为一(二)类单元；否则判定为二(一)类单元。步骤二后，执行步骤三，将变为二(一)类单元的存储单元中的数据迁移至其他空闲的一(二)类单元。由此，可以有效保证数据安全，减少数据丢失的风险。