提升SSD响应延迟的方法及装置与流程

本发明涉及到ssd读写领域，特别是涉及到一种提升ssd响应延迟的方法及装置。

背景技术

现有的ssd应用系统中，一般采用4kb映射。对于主机写入的数据，ssd内部切分成4kb单元的数据块并分配物理地址，并在内存中维护一张映射表，跟踪逻辑到物理的转换关系。

基于此因素，4kb对齐的用户数据必然落在唯一的物理块上。当主机访问此数据时，需要依次触发nand的读(tr)，nand的数据传输(txfer)。

传统nand的读(tr)大约为50us,数据传输(txfer)大约8.8us,此情形下，系统响应延迟主要由tr决定。随着企业级应用的推广，某些nand的tr会很短，例如东芝的xlflash，其tr只有8us左右，故此时串行的传输方式将极大地影响读命令响应延迟。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种提升ssd响应延迟的方法及装置，用于降低ssd响应延迟，提高数据传输效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

提出一种提升ssd响应延迟的方法，包括以下步骤，

发起写入4kb数据请求；

将4kb数据切分成多个分片单元，并写入到不同的nanddie上；

更新分片单元对应的物理地址到映射表；

发起读取4kb数据请求；

根据映射表中的物理地址从对应的nanddie并发读取数据。

进一步地，所述根据映射表中的物理地址从对应的nanddie并发读取数据步骤，包括，

通过查找映射表，获取读取数据对应的物理地址；

发起读操作，直到内部读操作完成；

将各个分片单元的数据并发传输到读写缓冲区，返回主机。

进一步地，所述将4kb数据切分成多个分片单元，并写入到不同的nanddie上步骤，包括，

使用读写缓冲区存放4kb数据；

将4kb数据按照自定义大小进行切分成分片单元；

连续的扇区数据关联到同一分片单元中；

为每个分片单元分配物理地址，保证相邻的分片单元落在物理独立的nanddie上。

进一步地，所述将4kb数据按照自定义大小进行切分成分片单元步骤，包括，

根据使用场景选择分片单元的大小；

根据纠错单元选择分片单元的大小。

进一步地，所述分片单元的大小可以为512b、1024b或2048b。

本发明还公开了一种提升ssd响应延迟的装置，包括，

写入发起单元，用于发起写入4kb数据请求；

切分写入单元，用于将4kb数据切分成多个分片单元，并写入到不同的nanddie上；

地址更新单元，用于更新分片单元对应的物理地址到映射表；

读取发起单元，用于发起读取4kb数据请求；

并发读取单元，用于根据映射表中的物理地址从对应的nanddie并发读取数据。

进一步地，所述并发读取单元包括：

地址获取模块，用于通过查找映射表，获取读取数据对应的物理地址；

内部读取模块，用于发起读操作，直到内部读操作完成；

并发传输模块，用于将各个分片单元的数据并发传输到读写缓冲区，返回主机。

进一步地，所述切分写入单元包括：

存放模块，用于使用读写缓冲区存放4kb数据；

切分模块，用于将4kb数据按照自定义大小进行切分成分片单元；

关联模块，用于连续的扇区数据关联到同一分片单元中；

分配模块，用于为每个分片单元分配物理地址，保证相邻的分片单元落在物理独立的nanddie上。

进一步地，所述切分模块用于根据使用场景选择分片单元的大小，根据纠错单元选择分片单元的大小。

进一步地，所述分片单元的大小可以为512b、1024b或2048b。

本发明的有益效果是：采用可变的分片策略，将4kb数据切分成多份，并写入到不同nanddie上，在主机读取对应4kb数据时，从对应的nanddie并发传输数据，降低了数据传输时间，进而降低了ssd数据读取的命令响应延迟时间，提高数据传输效率。

附图说明

图1为本发明一种提升ssd响应延迟的方法的流程图；

图2为本发明一种4kb数据写入的方法流程图；

图3为本发明一种选择分片单元的大小的方法流程图；

图4为本发明一种并发读取分片单元的方法流程图；

图5为本发明一实施例一种提升ssd响应延迟的方法数据写入的原理图；

图6为本发明一实施例一种提升ssd响应延迟的方法数据读取的原理图；

图7为本发明一实施例响应延迟计算原理图；

图8为本发明一种提升ssd响应延迟的装置的结构框图；

图9为本发明一种并发读取单元的结构框图；

图10为本发明一种切分写入单元的结构框图。

具体实施方式

为阐述本发明的思想及目的，下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

lpa：分片单元。

lba：扇区。

ppa：物理地址。

参照图1-图4，本发明一具体实施例提出一种提升ssd响应延迟的方法，具体包括以下步骤，

s10、发起写入4kb数据请求。

s20、将4kb数据切分成多个分片单元，并写入到不同的nanddie上。

s30、更新分片单元对应的物理地址到映射表。

s40、发起读取4kb数据请求。

s50、根据映射表中的物理地址从对应的nanddie并发读取数据。

对于步骤s10，数据写入ssd的过程为：主机提交写入4kb数据命令，调用对应的数据做写入准备，将准备写入的4kb数据先存放在缓冲区，后续根据分配好的物理地址，将4kb数据写入对应的nanddie中。

对于步骤s20，将4kb数据进行切分得到多份相同大小的分片单元，将不同的分片单元写入到不同的nanddie中，后续主机访问该4kb数据时，触发nand的读(tr)，并发读取不同nanddie上的分片单元，减少4kb数据的整体读取时间。具体的，切分后的分片单元的大小可以为512b、1024b或2048b，同时分片单元的大小越小，最后传输(txfer)时间就越短，性能收益更高。例如，当分片单元的大小为2048b时，传输一完整4kb数据的时间为4.4us；当分片单元的大小为1024b时，传输一完整4kb数据的时间为2.2us；当分片单元的大小为512b时，传输一完整4kb数据的时间为1.1us，分片单元的大小越小，完成传输(txfer)的时间越短，数据传输整个过程的效率更高。

参考图2，步骤s20，包括以下步骤：

s21、使用读写缓冲区存放4kb数据。

s22、将4kb数据按照自定义大小进行切分成分片单元；。

s23、连续的扇区数据关联到同一分片单元中。

s24、为每个分片单元分配物理地址，保证相邻的分片单元落在物理独立的nanddie上。

对于步骤s21，在写入4kb数据时，先将4kb数据写入到读写缓冲区，在读写缓冲区完成后续的切分操作，将4kb数据按照需要进行切分成更小的分片单元。

对于步骤s22，根据需要将4kb数据进行均匀切分得到相同大小的分片单元，即得到的分片单元大小为4kb/n，其中n为大于0的自然数。将4kb数据进行切分得到多份相同大小的分片单元，并将不同的分片单元写入到不同的nanddie中，后续主机访问该4kb数据时，触发nand的读(tr)，并发读取不同nanddie上的分片单元，减少4kb数据的整体读取时间。

具体的，切分后的分片单元的大小可以为512b、1024b或2048b，同时分片单元的大小越小，最后传输(txfer)时间就越短，性能收益更高。例如，当分片单元的大小为2048b时，传输一完整4kb数据的时间为4.4us；当分片单元的大小为1024b时，传输一完整4kb数据的时间为2.2us；当分片单元的大小为512b时，传输一完整4kb数据的时间为1.1us，分片单元的大小越小，完成传输(txfer的时间越短，数据传输整个过程的效率更高。

参考图3，步骤s22包括以下步骤：

s221、根据使用场景选择分片单元的大小。

s222、根据纠错单元选择分片单元的大小。

对于步骤s221，由于分片单元(lpa)变小，而需要为每个分片单元保存一个存放数据的物理地址，所以切分越小，dram要求越大，需要在收益和成本之间折衷，根据传输的数据大小，数据类型，以及数据的应用要求等具体化场景，选定分片单元的大小。

对于步骤s222，nand对于纠错能力有要求，例如1kb(纠错单元)纠200bits或者等效的纠错能力，如512b(纠错单元)纠112bits等.不同的控制器支持的最小纠错单元不一，对于所切分的分片单元必需是能够独立纠错的，所以切分后的分片单元大小必需是控制器最小纠错单元。举例说明，最小纠错单元为512b时，分片单元的大小只能为n*512b，n为大于0的自然数，具体的，不同的控制的最小纠错单元也可以为256b、128b或其他数值。

对于步骤s23，连续的扇区(lba)数据关联到同一分片单元中，可以保证扇区数据在读和写时作为一个完整的客体进行，保证数据的完整和安全。

对于步骤s24，为每个分片单元分配对应的物理地址，保证相邻的分片单元落在物理独立的nanddie上。这样后续主机访问该4kb数据时，触发nand的读(tr)，通过并发传输不同nanddie上的分片单元，相当于同时只需要使用传输单个分片单元(大小4kb/n)的时间就可传输全部的4kb数据，减少4kb数据的整体传输时间，提高ssd数据传输效率。

对于步骤s30，完成写入后，将分片单元的物理地址更新到映射表，便于后续主机读取数据时，根据映射表找到对应的4kb数据(分片单元)，进行数据读取。

对于步骤s40，数据读取流程，主机提交读取4kb数据命令，通过映射表查找对应4kb数据的物理地址，根据物理地址从对应的nanddie读取所需的4kb数据并存放在读写缓冲区，并返回主机。

对于步骤s50，现有的ssd应用系统中，一般采用4kb映射。对于主机写入的数据，ssd内部切分成4kb数据块并分配物理地址，并在内存中维护一张映射表，跟踪逻辑到物理的转换关系。基于此因素，4kb对齐的用户数据必然落在唯一的物理块上。当主机访问此数据时，需要依次触发nand的读(tr)，nand的数据传输(txfer)。传统的nand的tr大约为50us,，txfer大约8.8us，此情形下，系统响应延迟主要由tr决定。随着企业级应用的推广，某些nand的tr会很短，例如东芝的xlflash,其tr只有8us左右，此时串行的传输方式将极大地影响读命令响应延迟。

而先将4kb数据切分成多个相同大小的分片单元再写入到不同的nanddie中，在读取4kb数据时根据映射表内的物理地址，并发读取不同nanddie中的分片单元，从而降低4kb数据的整体传输(txfer)的时间，提高了4kb数据传输的效率。

参照图4，步骤s50，包括：

s51、通过查找映射表，获取读取数据对应的物理地址。

s52、发起读操作，直到内部读操作完成。

s53、将各个分片单元的数据并发传输到读写缓冲区，返回主机。

对于步骤s51，在步骤s30中，更新分片单元对应的物理地址到映射表，在后续读取分片单元时，先根据映射表获取分片单元的物理地址，后续根据物理地址进行数据读取。

对于步骤s52，nand控制器发起nand读操作，并等待nand内部读(tr)操作完成，进而发起nand数据传输(txfer)。

对于步骤s53，将要读取的分片单元并发传输，并存放在读写缓冲区，后续返回给主机。存储在不同nanddie上的分片单元大小为4kb/n，其中n为大于0的自然数。并发读取4kb数据时，相当于只需要传输4kb数据本身1/n的大小的分片单元，能够有效的减少读取4kb数据的传输(txfer)时间,，降低ssd数据传输时间，进而降低了命令响应延迟。

本方案采用可变的分片策略，将4kb数据切分成多份，并写入到不同nanddie上，在主机读取对应4kb数据时，从对应的nanddie并发传输数据，降低了数据传输时间，进而降低了ssd数据读取的命令响应延迟时间，提高数据传输效率。

参考图5-7，为本发明一种提升ssd响应延迟的方法的具体应用实施例。

如图5所示，为数据写入的原理图。为便于说明，此处以4ch(对应4个独立的nanddie，ch0-ch4)进行说明；每个编程单元物理页的大小为8kb；切分后的分片单元大小以2kb举例。

a、先使用读写缓冲区存放主机写入的数据。

b、再将命令缓冲区的4kb数据按自定义大小进行切分成相同大小的分片模块。

c、连续的lba数据被关联到一个分片单元(lpa)中:如lba0-3对应lpa0,lba4-7对应lpa1。

d、为每个2kblpa分片单元分配物理地址，且保证相邻的lpa落在物理独立的die上。

e、更新物理地址映射表：lpa->ppa。

图示中的0/1/3/…为从属于同一命令的逻辑连续的分片单元在物理nand上的分布。

如图6所示，为数据读取的原理图。为便于说明，此处以4ch(对应4个独立的nanddie，ch0-ch4)进行说明；每个编程单元物理页的大小为8kb；切分后的分片单元大小以2kb举例。

f、主机读取lba0–7,通过数据写入流程可知，写入数据分别关联到lpa0/1。

g、通过查找映射表，找到对应的物理地址，具体为die0block0page0的第一个2kb以及die1block0page0的第一个2kb。

h、ssdnand控制器对ch0/1发起nand读操作，直到nand内部读完成(tr)。

i、完成nand内部读以后，由于分属于不同通道，并行进行各自2kb的数据传输(txfer)

j、完成数据传输(txfer)后，所要读取的数据已经存放到读写缓冲区中，可返回给主机。

如图7所示，在上述过程中，由于将4kb数据分配到物理独立的通道中，故而可以复用tr以及txfer时间。以上述为例，该4kb数据由于nand数据加载导致的延迟为:8us+8.8us/2＝12.4us.相比传统的16.8us有很大的提升。分片单元的大小越小，由于nand数据加载导致的延迟就越少。由如上的规则可知，可进一步地调整分片单元大小，以便发起更多的通道并发度，从而降低传输时间。

参考图8-10，本发明还公开了一种提升ssd响应延迟的装置，包括，

写入发起单元10，用于发起写入4kb数据请求；

切分写入单元20，用于将4kb数据切分成多个分片单元，并写入到不同的nanddie上；

地址更新单元30，用于更新分片单元对应的物理地址到映射表；

读取发起单元40，用于发起读取4kb数据请求；

并发读取单元50，用于根据映射表中的物理地址从对应的nanddie并发读取数据。

对于写入发起单元10，数据写入ssd的过程为：主机提交写入4kb数据命令，调用对应的数据做写入准备，将准备写入的4kb数据先存放在缓冲区，后续根据分配好的物理地址，将4kb数据写入对应的nanddie中。

对于切分写入单元20，将4kb数据进行切分得到多份相同大小的分片单元，将不同的分片单元写入到不同的nanddie中，后续主机访问该4kb数据时，触发nand的读(tr)，并发读取不同nanddie上的分片单元，减少4kb数据的整体读取时间。具体的，切分后的分片单元的大小可以为512b、1024b或2048b，同时分片单元的大小越小，最后传输(txfer)时间就越短，性能收益更高。例如，当分片单元的大小为2048b时，传输一完整4kb数据的时间为4.4us；当分片单元的大小为1024b时，传输一完整4kb数据的时间为2.2us；当分片单元的大小为512b时，传输一完整4kb数据的时间为1.1us，分片单元的大小越小，完成传输(txfer)的时间越短，数据传输整个过程的效率更高。

参考图9，切分写入单元20包括以下模块：

存放模块21，用于使用读写缓冲区存放4kb数据；

切分模块22，用于将4kb数据按照自定义大小进行切分成分片单元；

关联模块23，用于连续的扇区数据关联到同一分片单元中；

分配模块24，用于为每个分片单元分配物理地址，保证相邻的分片单元落在物理独立的nanddie上。

对于存放模块21，在写入4kb数据时，先将4kb数据写入到读写缓冲区，在读写缓冲区完成后续的切分操作，将4kb数据按照需要进行切分成更小的分片单元。

对于切分模块22，根据需要将4kb数据进行均匀切分得到相同大小的分片单元，即得到的分片单元大小为4kb/n，其中n为大于0的自然数。将4kb数据进行切分得到多份相同大小的分片单元，并将不同的分片单元写入到不同的nanddie中，后续主机访问该4kb数据时，触发nand的读(tr)，并发读取不同nanddie上的分片单元，减少4kb数据的整体读取时间。

具体的，切分后的分片单元的大小可以为512b、1024b或2048b，同时分片单元的大小越小，最后传输(txfer)时间就越短，性能收益更高。例如，当分片单元的大小为2048b时，传输一完整4kb数据的时间为4.4us；当分片单元的大小为1024b时，传输一完整4kb数据的时间为2.2us；当分片单元的大小为512b时，传输一完整4kb数据的时间为1.1us，分片单元的大小越小，完成传输(txfer)的时间越短，数据传输整个过程的效率更高。

切分模块22用于根据使用场景选择分片单元的大小，根据纠错单元选择分片单元的大小。

由于分片单元(lpa)变小，而需要为每个分片单元保存一个存放数据的物理地址，所以切分越小，dram要求越大，需要在收益和成本之间折衷，根据传输的数据大小，数据类型，以及数据的应用要求等具体化场景，选定分片单元的大小。

nand对于纠错能力有要求，例如1kb(纠错单元)纠200bits或者等效的纠错能力，如512b(纠错单元)纠112bits等.不同的控制器支持的最小纠错单元不一，对于所切分的分片单元必需是能够独立纠错的，所以切分后的分片单元大小必需是控制器最小纠错单元。举例说明，最小纠错单元为512b时，分片单元的大小只能为n*512b，n为大于0的自然数，具体的，不同的控制的最小纠错单元也可以为256b、128b或其他数值。

对于关联模块23，连续的扇区(lba)数据关联到同一分片单元中，可以保证扇区数据在读和写时作为一个整体进行，保证数据的完整和安全。

对于分配模块24，为每个分片单元分配对应的物理地址，保证相邻的分片单元落在物理独立的nanddie上。这样后续主机访问该4kb数据时，触发nand的读(tr)，通过并发传输不同nanddie上的分片单元，相当于同时只需要使用传输单个分片单元(大小4kb/n)的时间就可传输全部的4kb数据，减少4kb数据的整体传输时间，提高ssd数据传输效率。

对于地址更新单元30，完成写入后，将分片单元的物理地址更新到映射表，便于后续主机读取数据时，根据映射表找到对应的4kb数据(分片单元)，进行数据读取。

对于读取发起单元40，数据读取流程，主机提交读取4kb数据命令，通过映射表查找对应4kb数据的物理地址，根据物流地址从对应的nanddie读取所需的4kb数据并存放在读写缓冲区，并返回主机。

对于并发读取单元50，现有的ssd应用系统中，一般采用4kb映射。对于主机写入的数据，ssd内部切分成4kb数据块并分配物理地址，并在内存中维护一张映射表，跟踪逻辑到物理的转换关系。基于此因素，4kb对齐的用户数据必然落在唯一的物理块上。当主机访问此数据时，需要依次触发nand的读(tr)，nand的数据传输(txfer)。传统的nand的tr大约为50us,txfer大约8.8us,此情形下，系统响应延迟主要由tr决定。随着企业级应用的推广，某些nand的tr会很短，例如东芝的xlflash,其tr只有8us左右，此时串行的传输方式将极大地影响读命令响应延迟。

而先将4kb数据切分成多个相同大小的分片单元再写入到不同的nanddie中，在读取4kb数据时根据映射表内的物理地址，并发读取不同nanddie中的分片单元，从而降低4kb数据的整体传输(txfer)的时间，提高了4kb数据传输的效率。

参考图10，并发读取单元50包括：

地址获取模块51，用于通过查找映射表，获取读取数据对应的物理地址；

内部读取模块52，用于发起读操作，直到内部读操作完成；

并发传输模块53，用于将各个分片单元的数据并发传输到读写缓冲区，返回主机。

对于地址获取模块51，更新分片单元对应的物理地址到映射表，在后续读取分片单元时，先根据映射表获取分片单元的物理地址，后续根据物理地址进行数据读取。

对于内部读取模块52，nand控制器发起nand读操作，并等待nand内部读(tr)操作完成,进而发起nand数据传输(txfer)。

对于并发传输模块53，将要读取的分片单元并发传输，并存放在读写缓冲区，后续返回给主机。存储在不同nanddie上的分片单元大小为4kb/n，其中n为大于0的自然数。并发传输4kb数据时，相当于只需要传输4kb数据本身1/n的大小的分片单元，能够有效的减少4kb数据的传输(txfer)时间,降低ssd数据传输时间，进而降低了命令响应延迟。

本方案采用可变的分片策略，将4kb数据切分成多份，并写入到不同nanddie上，在主机读取对应4kb数据时，从对应的nanddie并发传输数据，降低了数据传输时间，进而降低了ssd数据读取的命令响应延迟时间，提高数据传输效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。