固態(tài)儲存裝置中高速緩存的管理方法
【專利摘要】一種運用于固態(tài)儲存裝置中高速緩存的管理方法，包括下列步驟：于該固態(tài)儲存裝置決定執(zhí)行一垃圾搜集操作時，將一高速緩存的儲存空間區(qū)分為多個部分；設(shè)定該高速緩存中一第一部分儲存空間作為一垃圾搜集用途；以及設(shè)定該高速緩存中一第二部分儲存空間作為一寫入用途。
【專利說明】固態(tài)儲存裝置中高速緩存的管理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種固態(tài)儲存裝置的控制方法，且特別是有關(guān)于一種固態(tài)儲存裝置中高速緩存的管理方法。

【背景技術(shù)】
[0002]請參照圖1，其所繪示為已知儲存裝置(81:01'叫6 (16^106)示意圖。儲存裝置10連接至主機(1100) 12，可接收主機10發(fā)出的讀取指令或者寫入指令。其中，主機12可為計算機主機，儲存裝置10可為硬式磁盤驅(qū)動器(他!^ (1180或者光驅(qū)⑴的丨⑶丨(^;!^^)。
[0003]儲存裝置10中包括一控制單元101、一高速緩存103與一儲存元件105。其中，控制單元101利用一外部總線20與主機12之間進行指令與數(shù)據(jù)的傳遞。而控制單元101根據(jù)主機的指令，以存取儲存元件105中的數(shù)據(jù)。再者,高速緩存111011101-7) 103連接至控制單元101用以暫時儲存主機20輸入的寫入數(shù)據(jù)、以及主機20要求的讀取數(shù)據(jù)。
[0004]另外，外部總線20可為…8總線、12221394總線或5八7八總線等等。而儲存元件105可為光盤片或者磁盤片。
[0005]眾所周知，高速緩存103可用來暫時儲存主機20輸入的寫入數(shù)據(jù)、以及主機20要求的讀取數(shù)據(jù)。舉例來說，當主機12發(fā)出寫入指令以及對應(yīng)的寫入數(shù)據(jù)至儲存裝置10時，控制單元101會先將寫入數(shù)據(jù)暫存于高速緩存103中。之后，控制單元101會處理寫入數(shù)據(jù)(例如產(chǎn)生2(1:碼)，并且將寫入數(shù)據(jù)儲存于儲存元件105?；蛘?，當主機12發(fā)出讀取指令至儲存裝置10時，控制單元101會將儲存元件105中的讀取數(shù)據(jù)先暫存于高速緩存103中。之后，控制單元101再將讀取數(shù)據(jù)輸出至主機12。
[0006]由以上的說明可知，當主機12發(fā)出寫入指令時，高速緩存103是作為寫入用途用以暫存寫入數(shù)據(jù)。當主機12發(fā)出讀取指令時，高速緩存103是作為讀取用途用以暫存讀取數(shù)據(jù)。
[0007]近幾年來，一種新的固態(tài)儲存裝置(3011(1 81:81:6簡稱330)逐漸流行，其可取代已知硬式磁盤驅(qū)動器(他!^ (1180 或者光驅(qū)⑴的丨⑶丨(^；!^^)。
[0008]固態(tài)儲存裝置(3011(1義01~叫6 1)6^106)內(nèi)部使用與非門閃存(嫩冊打已吐111611101-7)為儲存元件，而此類的儲存元件為一種非易失性16)的存儲器元件。也就是說，當數(shù)據(jù)寫入閃存后，一旦系統(tǒng)電源關(guān)閉，數(shù)據(jù)仍保存在固態(tài)儲存裝置中。
[0009]由于儲存元件的差異，固態(tài)儲存裝置中的高速緩存需要有另外的管理方式，以提高固態(tài)儲存裝置的效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明是有關(guān)于一種運用于固態(tài)儲存裝置中高速緩存的管理方法，包括下列步驟:于該固態(tài)儲存裝置決定執(zhí)行一垃圾搜集操作時，將一高速緩存的儲存空間區(qū)分為多個部分；設(shè)定該高速緩存中一第一部分儲存空間作為一垃圾搜集用途；以及設(shè)定該高速緩存中一第二部分儲存空間作為一寫入用途。
[0011]本發(fā)明是有關(guān)于一種運用于固態(tài)儲存裝置中高速緩存的管理方法，包括下列步驟:(a)于該固態(tài)儲存裝置尚未執(zhí)行一垃圾搜集操作時，根據(jù)一主機的一存取指令將一高速緩存作為一寫入用途或者一讀取用途；(b)于該固態(tài)儲存裝置決定執(zhí)行一垃圾搜集操作時，設(shè)定該高速緩存中一第一部分儲存空間作為一垃圾搜集用途，以及設(shè)定該高速緩存中一第二部分儲存空間作為該寫入用途；以及(c)當該固態(tài)儲存裝置完成該垃圾搜集操作時，回到步驟(a)。
[0012]本發(fā)明是有關(guān)于一種固態(tài)儲存裝置，連接至一主機，該固態(tài)儲存裝置包括:一控制單元，連接至該主機用以接收該主機發(fā)出的一存取指令；一閃存，連接至該控制單元；以及一高速緩存，連接至該控制單元；其中，當該控制單元決定執(zhí)行一垃圾搜集操作時，設(shè)定該高速緩存中一第一部分儲存空間作為一垃圾搜集用途，并設(shè)定該高速緩存中一第二部分儲存空間作為一寫入用途。
[0013]為了對本發(fā)明的上述及其它方面有更佳的了解，下文特舉較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1所繪示為已知儲存裝置示意圖。
[0015]圖2所繪示為固態(tài)儲存裝置的示意圖。
[0016]圖3所繪示為垃圾搜集操作示意圖。
[0017]圖4所繪示為固態(tài)儲存裝置在執(zhí)行寫入指令時進行垃圾搜集操作時的寫入速度示意圖。
[0018]圖5A所繪示為本發(fā)明運用于固態(tài)儲存裝置中高速緩存的管理方法。
[0019]圖5B所繪示為根據(jù)本發(fā)明實施例的固態(tài)儲存裝置在執(zhí)行寫入指令時進行垃圾搜集操作時的寫入速度示意圖。
[0020]圖6所繪示為本發(fā)明固態(tài)儲存裝置運作時高速緩存的管理方法。
[0021][標號說明]
[0022]10:儲存裝置12:主機
[0023]20:外部總線101:控制單元
[0024]103:高速緩存105:儲存元件
[0025]210:固態(tài)儲存裝置212:主機
[0026]220:外部總線201:控制單元
[0027]203:高速緩存205:閃存
[0028]S502?S508:步驟流程S601?S612:步驟流程

【具體實施方式】
[0029]請參照圖2，其所繪示為固態(tài)儲存裝置的示意圖。固態(tài)儲存裝置210中包括一控制單元201、一高速緩存203與一閃存205?？刂茊卧?01與閃存205之間利用一內(nèi)部總線207進行數(shù)據(jù)的存取，而控制單元201利用一外部總線220與主機212之間進行指令與數(shù)據(jù)的傳遞。再者，高速緩存103連接至控制單元101用以暫時儲存主機220輸入的寫入數(shù)據(jù)、以及主機220要求的讀取數(shù)據(jù)。其中，外部總線220可為USB總線、IEEE1394總線或SATA> H1、-rf* -rf* o
[0030]由于固態(tài)儲存裝置210與傳統(tǒng)的硬式磁盤驅(qū)動器或者光驅(qū)中的儲存元件的材料特性差異，其數(shù)據(jù)儲存方式也有極大的不同。
[0031]固態(tài)儲存裝置210中的閃存205包括許多區(qū)塊(block)，而每個區(qū)塊中又包括多個頁(page)。例如，一個區(qū)塊中有64頁，而每個頁的容量為4K bytes。再者，由于閃存205的特性，每次數(shù)據(jù)寫入時是以頁為最小單位，而每次抹除(erase)時則是以區(qū)塊為單位進行數(shù)據(jù)抹除。
[0032]基本上，在閃存205中，尚未儲存數(shù)據(jù)的區(qū)塊稱為空白區(qū)塊(free block);而已經(jīng)儲存數(shù)據(jù)的區(qū)塊則稱為使用區(qū)塊(used block)。當使用區(qū)塊中的數(shù)據(jù)全部都是無效數(shù)據(jù)時，該使用區(qū)塊即可被抹除并成為空白區(qū)塊。而空白區(qū)塊即可再次被用來儲存數(shù)據(jù)。
[0033]由于閃存205經(jīng)過長時間的存取之后，幾乎每個使用區(qū)塊中都會涵蓋著有效數(shù)據(jù)以及無效數(shù)據(jù)。然而，只要使用區(qū)塊中還存在有效數(shù)據(jù)時，該使用區(qū)塊即無法被抹除為空白區(qū)塊。因此，會造成太多的無效數(shù)據(jù)占據(jù)閃存205的空間，使得閃存205的可寫入空間變少。
[0034]當閃存205中的使用區(qū)塊越來越多而空白區(qū)塊越來越少時，就必須要進行垃圾搜集動作(garbage collect1n)。一般來說，當閃存205中空白區(qū)塊的數(shù)目下降到達一臨限數(shù)目(threshold number)時，控制單元201即啟動垃圾搜集動作。垃圾搜集動作主要的目的在于釋放出使用區(qū)塊中無效數(shù)據(jù)的儲存空間，讓閃存205可以繼續(xù)儲存主機212輸入的寫入數(shù)據(jù)。
[0035]請參照圖3，其所繪示為垃圾搜集動作示意圖。假設(shè)使用區(qū)塊C(Bl0Ck_C)中的數(shù)據(jù)D1為有效數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)D2為無效數(shù)據(jù)，而區(qū)塊d(Block_d)為空白區(qū)塊。如步驟l(st印1)所示，假設(shè)控制單元101經(jīng)過搜尋后，決定針對使用區(qū)塊c(Bl0Ck_C)進行垃圾搜集動作。此時，如步驟2(st印2)所示，控制單元201會將使用區(qū)塊C(Bl0Ck_C)中的有效數(shù)據(jù)D1寫入空白區(qū)塊d(Block_d)中成為有效數(shù)據(jù)D1’。在寫入有效數(shù)據(jù)D1’后，空白區(qū)塊d(Block_d)轉(zhuǎn)變?yōu)橐皇褂脜^(qū)塊d(Block_d)。接著，將使用區(qū)塊C(Bl0Ck_C)中的所有數(shù)據(jù)設(shè)定為無效數(shù)據(jù)。最后，如步驟3(st印3)所示，將使用區(qū)塊C(Bl0Ck_C)抹除成為一個新的空白區(qū)塊c (Block_c),即完成一次垃圾搜集動作。
[0036]換句話說，于垃圾搜集動作后，區(qū)塊C(Bl0Ck_C)將成為一個新的空白區(qū)塊，而使用區(qū)塊d(Block_d)中尚有其它空白空間B (free space)可以用來儲存數(shù)據(jù)。也就是說，進行垃圾搜集動作后，空白空間B即為一釋放空間，供主機12來繼續(xù)儲存數(shù)據(jù)，該空白空間B的大小是小于一空白區(qū)塊的大小。
[0037]在上述的垃圾搜集動作過程的步驟2(step2)中，控制單元201將使用區(qū)塊c (Block_c)中的有效數(shù)據(jù)D1寫入空白區(qū)塊d(Block_d)中成為有效數(shù)據(jù)D1’。在此步驟的過程中，控制單元201需要先將使用區(qū)塊C(Bl0Ck_C)中的有效數(shù)據(jù)D1暫時儲存于高速緩存203。之后，再讀取高速緩存203中的有效數(shù)據(jù)D1，并寫入空白區(qū)塊d(Block_d)中成為有效數(shù)據(jù)D1’。
[0038]由上述的說明可知，固態(tài)儲存裝置210中的高速緩存203可作為寫入用途用以暫存寫入數(shù)據(jù)、作為讀取用途用以暫存讀取數(shù)據(jù)、以及作為垃圾搜集用途用以暫存閃存205中的搬移數(shù)據(jù)。
[0039]請參照圖4，其所繪示為固態(tài)儲存裝置在執(zhí)行寫入指令時進行垃圾搜集動作時的寫入速度示意圖。當固態(tài)儲存裝置210在執(zhí)行寫入指令時，高速緩存203是作為寫入用途，用以暫存寫入數(shù)據(jù)。此時的寫入速度幾乎維持在一個最高速度(11)。上述的最高速度(11)是相關(guān)于高速緩存203的容量以及控制單元201的操作速度。
[0040]然而，于時間點時，閃存205中空白區(qū)塊的數(shù)目下降到達一臨限數(shù)目(1:111-681101(1 11111111361-)時，控制單元201必須啟動垃圾搜集動作。換句話說，于時間點1: 1時，控制單元201暫時無法執(zhí)行主機的寫入指令，并且必須執(zhí)行垃圾搜集動作用以釋放出使用區(qū)塊中無效數(shù)據(jù)的儲存空間，讓閃存205可以繼續(xù)執(zhí)行寫入指令，并且儲存主機212輸入的寫入數(shù)據(jù)。
[0041]于時間點至〖2之間，控制單元201執(zhí)行垃圾搜集動作，此時的高速緩存203是作為垃圾搜集用途，用以暫存閃存205中的搬移數(shù)據(jù)。因此，固態(tài)儲存裝置210的寫入速度下降至(12)，例如8600
[0042]于時間點12，控制單元201完成垃圾搜集動作，并且釋放出儲存空間用以繼續(xù)執(zhí)行寫入指令。因此，時間點12至13之間，高速緩存203是作為寫入用途，而此時的寫入速度會回到最高速度(11)。
[0043]同理，時間點1:3至1:4之間、時間點1:5至1:6之間、以及時間點1:7至1:8之間，控制單元201執(zhí)行垃圾搜集動作。因此，固態(tài)儲存裝置210的寫入速度會再次下降至(12),例如087^6/8600而控制單元201在執(zhí)行寫入指令時，固態(tài)儲存裝置210的寫入速度會再次上升至(11)。
[0044]由以上的說明可知，當固態(tài)儲存裝置210的控制單元201在執(zhí)行寫入指令時進行垃圾搜集動作時，將會造成寫入速度斷斷續(xù)續(xù)的現(xiàn)象發(fā)生。而在使用者端，會覺得固態(tài)儲存裝置210耗費很長的時間執(zhí)行部分寫入指令。因此，造成固態(tài)儲存裝置210的效能在單位時間內(nèi)急遽降低。
[0045]同理，當固態(tài)儲存裝置210的控制單元201在執(zhí)行讀取指令時進行垃圾搜集動作時，也會造成讀取速度斷斷續(xù)續(xù)的現(xiàn)象發(fā)生，造成固態(tài)儲存裝置210的效能在單位時間內(nèi)急遽降低。
[0046]請參照圖5八，其所繪示為本發(fā)明運用于固態(tài)儲存裝置中高速緩存的管理方法。請參照圖58，其所繪示為根據(jù)本發(fā)明實施例的固態(tài)儲存裝置在執(zhí)行寫入指令時進行垃圾搜集動作時的寫入速度示意圖。而運用本發(fā)明可以維持固態(tài)儲存裝置210維持在較平穩(wěn)的效倉泛。
[0047]如圖5八所示，當固態(tài)儲存裝置210的控制單元201決定執(zhí)行垃圾搜集動作(步驟8502)時，將高速緩存203的儲存空間區(qū)分為多個部分(步驟3504)。接著，設(shè)定高速緩存203第一部分的儲存空間作為垃圾搜集用途(步驟3506)；以及，設(shè)定高速緩存203第二部分的儲存空間作為寫入用途(步驟3506)。
[0048]根據(jù)上述方式來區(qū)分高速緩存203。當固態(tài)儲存裝置210的控制單元201在進行垃圾搜集動作時，可以利用第一部分的儲存空間來暫存閃存205中的搬移數(shù)據(jù)。同時，如果固態(tài)儲存裝置210的控制單元201收到主機212所發(fā)出的寫入指令時，亦可以利用高速緩存203第二部分的儲存空間來暫存寫入數(shù)據(jù)。因此，在固態(tài)儲存裝置210的控制單元201在進行垃圾搜集動作時，控制單元201仍舊可以利用第二部分的儲存空間來暫存寫入數(shù)據(jù)并執(zhí)行寫入指令。
[0049]因此，如圖58所示，當固態(tài)儲存裝置210在執(zhí)行寫入指令時，高速緩存203是作為寫入用途，用以暫存寫入數(shù)據(jù)。此時的寫入速度幾乎維持在一個最高速度(11)。
[0050]于時間點仏時，閃存205中空白區(qū)塊的數(shù)目下降到達一臨限數(shù)目“1^681101(111111111361-)時，控制單元201必須啟動垃圾搜集動作。由于本發(fā)明設(shè)定高速緩存203的第二部分的儲存空間來暫存寫入數(shù)據(jù)。因此，控制單元201仍可以執(zhí)行寫入指令，而其寫入速度降至13。
[0051]換句話說，利用本發(fā)明高速緩存的管理方法，可以讓固態(tài)儲存裝置210進行垃圾搜集動作時，仍可以執(zhí)行主機212所發(fā)出的寫入指令。讓固態(tài)儲存裝置210維持在較佳效倉泛。
[0052]當然，固態(tài)儲存裝置210也可設(shè)定高速緩存203第三部分的儲存空間作為讀取用途用以暫存讀取數(shù)據(jù)。因此，可以讓固態(tài)儲存裝置210進行垃圾搜集動作時，亦可以執(zhí)行主機212所發(fā)出的寫入指令與讀取指令。讓固態(tài)儲存裝置210維持在較佳效能。
[0053]請參照圖6，其所繪示為本發(fā)明固態(tài)儲存裝置運作時高速緩存的管理方法。當固態(tài)儲存裝置210的控制單元201開始動作時，根據(jù)主機212的存取指令將高速緩存203分作為寫入/讀取用途和垃圾搜集用途(步驟3602)。
[0054]當固態(tài)儲存裝置210的控制單元201執(zhí)行寫入、讀取、垃圾搜集動作(步驟3604)時，設(shè)定高速緩存203第一部分的儲存空間作為垃圾搜集用途(步驟3610)；設(shè)定高速緩存203第二部分的儲存空間作為寫入用途(步驟3612)；以及設(shè)定高速緩存203第三部分的儲存空間作為讀取用途(步驟3614〉。接著，執(zhí)行寫入、讀取、垃圾搜集動作(步驟3616)后回到步驟3602。
[0055]反之，當固態(tài)儲存裝置210的控制單元201不執(zhí)行寫入、讀取、垃圾搜集動作(步驟3604)時，即結(jié)束此流程。
[0056]由以上的說明可知，本發(fā)明是提出一種運用于固態(tài)儲存裝置中高速緩存的管理方法。可以讓固態(tài)儲存裝置210在執(zhí)行垃圾搜集動作時，仍可以執(zhí)行主機212發(fā)出的存取指令，使得固態(tài)儲存裝置210維持在較佳的效能。
[0057]綜上所述，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作各種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護范圍當視所附的權(quán)利要求范圍所界定者為準。
【權(quán)利要求】
1.一種用于固態(tài)儲存裝置中高速緩存的管理方法，包括下列步驟: 于該固態(tài)儲存裝置決定執(zhí)行一垃圾搜集操作時，將一高速緩存的儲存空間區(qū)分為多個部分； 設(shè)定該高速緩存中一第一部分儲存空間作為一垃圾搜集用途；以及 設(shè)定該高速緩存中一第二部分儲存空間作為一寫入用途。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管理方法，其中，當該固態(tài)儲存裝置收到一寫入指令時，利用該第二部分儲存空間來暫存一寫入數(shù)據(jù)并執(zhí)行該寫入指令。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管理方法，其中，該固態(tài)儲存裝置利用該第一部分儲存空間來暫存一閃存的一搬移數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管理方法，其中還包括:設(shè)定該高速緩存中一第三部分儲存空間作為一讀取用途；以及，于該固態(tài)儲存裝置收到一讀取指令時，利用該第三部分儲存空間來暫存一讀取數(shù)據(jù)并執(zhí)行該讀取指令。
5.一種用于固態(tài)儲存裝置中高速緩存的管理方法，包括下列步驟: (a)于該固態(tài)儲存裝置尚未執(zhí)行一垃圾搜集操作時，根據(jù)一主機的一存取指令將一高速緩存作為一寫入用途或者一讀取用途； (b)于該固態(tài)儲存裝置決定執(zhí)行一垃圾搜集操作時，設(shè)定該高速緩存中一第一部分儲存空間作為一垃圾搜集用途，以及設(shè)定該高速緩存中一第二部分儲存空間作為該寫入用途；以及 (C)當該固態(tài)儲存裝置完成該垃圾搜集操作時，回到步驟(a)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的管理方法，其中，當該固態(tài)儲存裝置收到一寫入指令時，利用該第二部分儲存空間來暫存一寫入數(shù)據(jù)并執(zhí)行該寫入指令。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的管理方法，其中，該固態(tài)儲存裝置利用該第一部分儲存空間來暫存一閃存的一搬移數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的管理方法，其中步驟(b)還包括:設(shè)定該高速緩存中一第三部分儲存空間作為一讀取用途；以及，于該固態(tài)儲存裝置收到一讀取指令時，利用該第三部分儲存空間來暫存一讀取數(shù)據(jù)并執(zhí)行該讀取指令。
9.一種固態(tài)儲存裝置，連接至一主機，該固態(tài)儲存裝置包括: 一控制單元，連接至該主機用以接收該主機發(fā)出的一存取指令； 一閃存，連接至該控制單元；以及 一高速緩存，連接至該控制單元； 其中，當該控制單元決定執(zhí)行一垃圾搜集操作時，設(shè)定該高速緩存中一第一部分儲存空間作為一垃圾搜集用途，并設(shè)定該高速緩存中一第二部分儲存空間作為一寫入用途。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固態(tài)儲存裝置，其中，當該存取指令為一寫入指令時，利用該第二部分儲存空間來暫存一寫入數(shù)據(jù)并執(zhí)行該寫入指令。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固態(tài)儲存裝置，其中，該固態(tài)儲存裝置利用該第一部分儲存空間來暫存一閃存的一搬移數(shù)據(jù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固態(tài)儲存裝置，其中還包括:設(shè)定該高速緩存中一第三部分儲存空間作為一讀取用途；以及，該存取指令為一讀取指令時，利用該第三部分儲存空間來暫存一讀取數(shù)據(jù)并執(zhí)行該讀取指令。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固態(tài)儲存裝置，其中，當該控制單元未執(zhí)行該垃圾搜集操作時，根據(jù)該存取指令將該高速緩存作為該寫入用途或者該讀取用途。
【文檔編號】G06F12/08GK104424103SQ201310365417
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月21日
【發(fā)明者】林信宇 申請人:光寶科技股份有限公司