一种固态存储设备快速TRIM方法及其系统与流程

本发明涉及固态存储设备领域，更具体地说是指一种固态存储设备快速trim方法及其系统。

背景技术

现有ssd系统中，trim(ata命令集的命令，用于通知设备哪些逻辑地址不再被占用)的实现方式可能是采用同步方式实现，即在接收到trim命令时，根据trim命令指定的逻辑地址空间，更新映射表，然后将更新过的映射表写入nand完成trim命令处理。同步处理方式的缺点是，当trim命令指定的逻辑地址空间很大时，更新映射表及存储更新后的映射表都会花费较长时间，使得trim命令响应时间过长。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种固态存储设备快速trim方法及其系统。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种固态存储设备快速trim方法，包括以下步骤；

s1，判断主机当前是否有请求需要处理；若是，则进入s2，若不是，则进入s4；

s2，执行trim命令，将trim区间按tu划分，非tu对齐的部分更新映射表，其余部分转换为trim表中相应的比特；

s3，将更新的trim表和映射表写入nand；

s4，扫描trim表，逐个对tu处理；当tu处理到一定数量时，将更新的trim表和映射表写入nand。

其进一步技术方案为：所述s2具体包括以下步骤：

s21，执行trim命令，将trim区间按tu划分；

s22，判断是否获取一个待处理的tu；若是，则进入s23，若不是，则进入s3；

s23，判断tu是否完整；若是，则进入s25，若不是，则进入s24；

s24，根据tu更新映射表，并返回s22；

s25，将tu转换为trim表中相应的比特，并返回s22。

其进一步技术方案为：所述s3步骤之后还包括：

发送trim信息通知至主机。

其进一步技术方案为：所述s4具体包括以下步骤：

s41，判断是否从trim表中获取一个tu；若是，则进入s42，若不是，则进入s45；

s42，根据tu更新映射表，将tu对应trim表中的比特设置为0；

s43，判断tu处理数量是否达到预设值；若是，则进入s44，若不是，则返回s1；

s44，将更新的trim表和映射表写入nand；

s45，结束trim后台处理。

其进一步技术方案为：所述s42具体包括以下步骤：

s421，根据tu更新映射表；

s422，清除tu对应trim表中的比特。

其进一步技术方案为：所述s43中，tu处理数量的预设值为5-50个。

一种固态存储设备快速trim系统，包括主机判断单元，执行划分单元，更新写入单元，以及扫描更新单元；

所述主机判断单元，用于判断主机当前是否有请求需要处理；

所述执行划分单元，用于执行trim命令，将trim区间按tu划分，非tu对齐的部分更新映射表，其余部分转换为trim表中相应的比特；

所述更新写入单元，用于将更新的trim表和映射表写入nand；

所述扫描更新单元，用于扫描trim表，逐个对tu处理；当tu处理到一定数量时，将更新的trim表和映射表写入nand。

其进一步技术方案为：所述执行划分单元包括执行模块，待处理判断模块，tu完整性判断模块，更新模块，以及转换模块；

所述执行模块，用于执行trim命令，将trim区间按tu划分；

所述待处理判断模块，用于判断是否获取一个待处理的tu；

所述tu完整性判断模块，用于判断tu是否完整；

所述更新模块，用于根据tu更新映射表；

所述转换模块，用于将tu转换为trim表中相应的比特。

其进一步技术方案为：所述扫描更新单元包括获取判断模块，更新清除模块，预设值判断模块，写入模块，以及处理模块；

所述获取判断模块，用于判断是否从trim表中获取一个tu；

所述更新清除模块，用于根据tu更新映射表，清除tu对应trim表中的比特；

所述预设值判断模块，用于判断tu处理数量是否达到预设值；

所述写入模块，用于将更新的trim表和映射表写入nand；

所述处理模块，用于结束trim后台处理。

其进一步技术方案为：所述tu处理数量的预设值为5-50个。

本发明与现有技术相比的有益效果是：通过判断主机当前是否有请求需要处理；执行trim命令，将trim区间按tu划分，非tu对齐(即上述所说的不完整的tu)的部分直接更新映射表，其余部分转换为trim表中相应的比特；将更新的trim表和映射表写入nand；扫描trim表，逐个对tu处理；当tu处理到一定数量时，将更新的trim表和映射表写入nand；采用标准化存储trim命令及trim后台处理方法，极大降低了ssd响应主机trim命令的时间。

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

图1为本发明一种固态存储设备快速trim方法的流程图；

图2为图1中s2的具体步骤流程图；

图3为图1中s4的具体步骤流程图；

图4为图3中s42的具体步骤流程图；

图5为映射表及trim表在ram中的布局及trim命令执行后对表的更新示意图；

图6为写命令导致映射表和trim表更新的示意图；

图7为本发明一种固态存储设备快速trim系统的方框图。

10主机判断单元20执行划分单元

21执行模块22待处理判断模块

23tu完整性判断模块24更新模块

25转换模块30更新写入单元

40扫描更新单元41获取判断模块

42更新清除模块43预设值判断模块

44写入模块45处理模块

具体实施方式

为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。

如图1到图7所示的具体实施例，其中，如图1至图6所示，本发明公开了一种固态存储设备快速trim方法，包括以下步骤；

s1，判断主机当前是否有请求需要处理；若是，则进入s2，若不是，则进入s4；

s2，执行trim命令，将trim区间按tu划分，非tu对齐的部分更新映射表，其余部分转换为trim表中相应的比特；

s3，将更新的trim表和映射表写入nand；

s4，扫描trim表，逐个对tu处理；当tu处理到一定数量时，将更新的trim表和映射表写入nand。

具体地，如图2所示，s2具体包括以下步骤：

s21，执行trim命令，将trim区间按tu划分；

s22，判断是否获取一个待处理的tu；若是，则进入s23，若不是，则进入s3；

s23，判断tu是否完整；若是，则进入s25，若不是，则进入s24；

s24，根据tu更新映射表，并返回s22；

s25，将tu转换为trim表中相应的比特，并返回s22。

其中，在s3步骤之后还包括：发送trim信息通知至主机。

具体地，如图3所示，s4具体包括以下步骤：

s41，判断是否从trim表中获取一个tu；若是，则进入s42，若不是，则进入s45；

s42，根据tu更新映射表，将tu对应trim表中的比特设置为0；

s43，判断tu处理数量是否达到预设值；若是，则进入s44，若不是，则返回s1；

s44，将更新的trim表和映射表写入nand；

s45，结束trim后台处理。

具体地，如图4所示，s42具体包括以下步骤：

s421，根据tu更新映射表；

s422，清除tu对应trim表中的比特。

其中，s43中，tu处理数量的预设值为5-50个。

其中，tu处理数量的预设值是个变量，可根据s44花费时间及写入数据量权衡：若一次处理的tu过少，则s44总的写入数据量会多(因每次写入都有额外的overhead)；若一次处理tu过多，则s44耗时过长，可能影响在此期间对主机命令的响应。

其中，在本发明中，将trim信息的标准化存储，将整个逻辑地址空间划分为固定大小的片段(简称为tu，trimunit)，每个片段用1个比特描述该片段的逻辑地址空间是否需要被trim，每个片段描述的逻辑地址空间大小可根据系统ram大小确定，在系统ram中保存整个位图信息，称此位图为trim表；trim表的存储方式和映射表存储方式相同，并与映射表一起存入映射块中；将trim命令转换为标准的trim表中的位图，既方便多个主机trim命令的合并，亦便于trim信息和映射表采用同样的格式存储处理，无需新增额外的处理逻辑。

具体地，图5给出了一个有1tb逻辑地址空间ssd的映射表和trim表在ram的布局及nand中存储示例；

其中，lbn：logicalblocknumber，用户读写基本单元，常见大小为512bytes；

lpn：logicalpagenumber，映射单元，通常为4kb；

mpn：mappingpagenumber，映射表存储单元，本示例中为4kb；

ppn：physicalpagenumber，nand页号，本示例中页大小为8kb

其中，1tb的逻辑地址空间划分为256mlpn，对应256k的mpn；相应的trim表大小为32kb，分配的mpn为256k-256k+7。在收到trimlbn8184-16383的命令后，其中，对lbn8192-16383的trim转换为trim表中的第二个比特，对lbn8184-8191的trim则转换为将映射表中的lpn1023处的表项设置为无映射值，然后将更新的mpn0和mpn256k写入nand，就可向主机报告trim命令处理完成。

其中，如图1至图4中的trim命令的执行过程，ssd接收到trim命令后，将非tu对齐的部分直接更新映射表，其余部分转换为trim表中相应的比特，在将更新的trim表和映射表写入nand后即可通知主机trim命令完成；如此使得trim命令处理过程需要更新的映射表和写入nand的数据都能保持在一个较低的水平，达到快速响应主机trim命令的目的。当主机没有请求需要处理时，系统会在后台根据trim表中的trim信息将对应的映射表项设置为无映射值，直至清空trim表

其中，如图1至图4中的trim命令的后台处理流程，当主机没有请求需要处理时，扫描trim表，逐个tu处理；当处理到一定数量时，保存映射表和trim表，防止因异常掉电导致过多的重复处理；当系统非空闲时，退出后台处理。

其中，在写命令处理过程中，对于写命令涉及的每个lpn，若其对应的tu在trim表置位，则先根据tu更新映射表，然后清除tu在trim表中对应的比特。待后续保存映射表时，同时保存更新过的trim表部分。

如图6所示，描述了写命令导致映射表和trim表更新的示例，当收到用户写lbn8192-8199(对应lpn1024)命令时，检查到该写入区间对应的tu在trim表中已被标记，故先将该tu对应的映射表(lpn1024-2047)项设置为无映射值，并清除trim表中相应的标记，后再处理用户的写命令(lpn1024映射到新分配的写入地址)，之后待系统内部发起保存映射表时，上述被更新的mpn1和mpn256k也会被写入nand。

其中，读命令的执行过程，对于读命令涉及的每个lpn，若其对应的tu在trim表置位，则表示该lpn无映射，返回固定的数据给主机即可，否则进行正常的读处理。

如图3所示，本发明还公开了一种固态存储设备快速trim系统，包括主机判断单元10，执行划分单元20，更新写入单元30，以及扫描更新单元40；

主机判断单元10，用于判断主机当前是否有请求需要处理；

执行划分单元20，用于执行trim命令，将trim区间按tu划分，非tu对齐的部分直接更新映射表，其余部分转换为trim表中相应的比特；

更新写入单元30，用于将更新的trim表和映射表写入nand；

扫描更新单元40，用于扫描trim表，逐个对tu处理；当tu处理到一定数量时，将更新的trim表和映射表写入nand。

其中，执行划分单元20包括执行模块21，待处理判断模块22，tu完整性判断模块23，更新模块24，以及转换模块25；

执行模块21，用于执行trim命令，将trim区间按tu划分；

待处理判断模块22，用于判断是否获取一个待处理的tu；

tu完整性判断模块23，用于判断tu是否完整；

更新模块24，用于根据tu更新映射表；

转换模块25，用于将tu转换为trim表中相应的比特。

其中，扫描更新单元40包括获取判断模块41，更新清除模块42，预设值判断模块43，写入模块44，以及处理模块45；

获取判断模块41，用于判断是否从trim表中获取一个tu；

更新清除模块42，用于根据tu更新映射表，清除tu对应trim表中的比特；

预设值判断模块43，用于判断tu处理数量是否达到预设值；

写入模块44，用于将更新的trim表和映射表写入nand；

处理模块45，用于结束trim后台处理。

进一步地，tu处理数量的预设值为5-50个。

本发明采用标准化存储trim命令及trim后台处理方法，极大降低了ssd响应主机trim命令的时间。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。