一种SSD中RAID的实现方法与流程

本发明涉及ssd相关技术领域，尤其是指一种ssd中raid的实现方法。

背景技术

ssd（solidstatedisk）固态硬盘是一种主要以闪存作为非易失性存储器的数据存储设备。随着nand技术发展，固态硬盘每gb的成本正在下降，在数据中心以及个人电脑上都开始大批替代hdd。

nandflash有单层式存储（slc）、多层式存储（mlc）、三层式存储（tlc）以及四层式存储（qlc）。3dnand技术使得ssd的存储密度得到快速的提高。tlc/qlc的错误率很高，需要使用先进的ecc算法来进行纠错。

raid（redundantarrayofindependentdisks），独立冗余磁盘阵列是一种把多块独立的硬盘（物理硬盘）按不同的方式组合起来形成一个硬盘组（逻辑硬盘），从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据备份技术。

ssd系统由一个或多个通道组成，每个通道可以连接多个闪存颗粒，每个颗粒内部又可以按照target、lun、plane等来进行划分，因此可以在ssd系统内部创建raid来保护数据，提高可靠性。已有的专利使用固定的物理地址来创建raid，有以下问题：

读写性能和延迟，当固定物理地址中出现坏块时，raid组需要跳过坏块，导致读写性能出现降低，性能不够稳定，以及延迟增加。

系统隔离性，如果将ssd划分为多个nvm集和，固定物理地址创建raid，导致nvm组之间会相互影响，失去隔离性的特性。

技术实现要素：

本发明是为了克服现有技术中存在上述的不足，提供了一种性能稳定高的ssd中raid的实现方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种ssd中raid的实现方法，每片nandflash颗粒包含一个或多个target，每个target中包含一个或多个die，每个die中包含一定数量的块，每个块中包含一定数量的页，其中块为nandflash擦除操作的最小单元，页为nandflash读写操作的最小单元，实现方法包括如下两个方面：

（1）logicblock重映射：将当前使用的block编号和实际的物理block隔离，在二者加之间建立一个映射表，当实际物理块发生错误的时候，用nand的冗余保护空间获取新的block，用以替换出错的block，替换之后的新的block的逻辑编号没有发生变化；

（2）raid组的选择：在选择raid组的时候，将没有强相关性的block做raid处理；在nvmset内部做raid处理，以实现不同nvmset之间的i/o隔离。

ssd中nvm的erase单位为block，读写的单位为page/sub-page，一个block包括多个page，将nvm颗粒（ce），target，lun统一用lun来处理。把block抽象为logicblock，将物理block中的badblock剔除后重新编号，或使用好的block进行重新映射，形成logicblock。把nvm集合中的多个logicblock组合在一起，形成raidlogicblock，raidlogicblock中的logicblock可以来自一个或多个通道，一个或多个lun，一个或多个plane。也可以从一个通道/lun/plane下面选择多个logicblock。raidlogicblock中相同位置的page为raidpage，一个或多个raidpage组合在一起，形成raidlogicpage。其中raidlogicpage中包含的多个raidpage可以是物理上连续的page，也可以是非连续的page。raidlogicpage做为raid的基本单元，即raid条带（stripe）。利用badblock映射关系表降低raid复杂度，提供稳定的读写性能；使用灵活的raid关系组实现i/o隔离。

作为优选，在步骤（2）中，raid处理为：在ssd磁盘的不同通道之间做raid保护，增加单通道失效的保护能力。

作为优选，在步骤（2）中，raid处理为：引入一种灵活配置raid关系的运算部件，通过软件灵活控制参与raid的原始数据和raid的parity所在的位置，从而可以实现不同维度、不同冗余比的raid。

作为优选，在步骤（2）中，raid处理为：在同一个die内部，nand芯片有多个plane，他们之间用raid保护起来。

作为优选，在步骤（2）中，raid处理为：在ssd磁盘的不同nvmset内部独立做raid保护，实现nvmset之间的i/o隔离。

本发明的有益效果是：利用badblock映射关系表降低raid复杂度，提供稳定的读写性能；使用灵活的raid关系组实现i/o隔离。

附图说明

图1是本发明logicblock重映射的示意图；

图2、图3、图4、图5是本发明raid组选择的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

一种ssd中raid的实现方法，在以nandflash为存储介质的ssd盘片中，为了提高对存储介质的访问带宽都会将nandflash访问控制器设计为支持一定数量的nandflash通道，并在每个通道上挂接一定数量的nandflash颗粒，从而提高盘片对nandflash的访问并发度；由nandflash颗粒物理组织结构可知：每片nandflash颗粒包含一个或多个target(nandflash颗粒中可通过一个芯片使能(chipenable)信号进行访问的单元)，每个target中包含一个或多个die(logicalunit，nandflash颗粒中可独立执行命令并上报命令执行状态的最小单元)，每个die中包含一定数量的块，每个块中包含一定数量的页，其中块为nandflash擦除操作的最小单元，页为nandflash读写操作的最小单元；此外，对每个die中的块按照序号划分为不同的plane，plane为nandflash颗粒可执行相同命令的最细粒度并发单元，实现方法包括如下两个方面：

（1）logicblock重映射：将当前使用的block编号和实际的物理block隔离，在二者加之间建立一个映射表，如下表所示：

当实际物理块发生错误的时候，用nand的冗余保护空间获取新的block，用以替换出错的block，替换之后的新的block的逻辑编号没有发生变化，所以raid操作并不感知这种变化，从而降低了raid操作的难度；

如图1所示，在原有raid关系中如果没有块替换，那么需要将原raid关系中出错的block全部剔除，从而导致raid关系不确定。而替换之后，所有的block都是有效的block，所以可以保持原有的raid关系，这样在处理raid的时候不同再考虑block出错的影响。

（2）raid组的选择：在选择raid组的时候，将没有强相关性的block做raid处理；在nvmset内部做raid处理，以实现不同nvmset之间的i/o隔离。

如图2所示，raid处理为：在ssd磁盘的不同通道之间做raid保护，增加单通道失效的保护能力。

如图3所示，raid处理为：引入一种灵活配置raid关系的运算部件，通过软件灵活控制参与raid的原始数据和raid的parity所在的位置，从而可以实现不同维度、不同冗余比的raid。在不同的die（lun）之间做raid保护，同一通道下的多个die之间也可以保护，相比于第一种可以用更少的raid开销。

如图4所示，raid处理为：在同一个die内部，nand芯片有多个plane，他们之间用raid保护起来。

如图5所示，raid处理为：在ssd磁盘的不同nvmset内部独立做raid保护，实现nvmset之间的i/o隔离。

ssd中nvm的erase单位为block，读写的单位为page/sub-page，一个block包括多个page，将nvm颗粒（ce），target，lun统一用lun来处理。把block抽象为logicblock，将物理block中的badblock剔除后重新编号，或使用好的block进行重新映射，形成logicblock。把nvm集合中的多个logicblock组合在一起，形成raidlogicblock，raidlogicblock中的logicblock可以来自一个或多个通道，一个或多个lun，一个或多个plane。也可以从一个通道/lun/plane下面选择多个logicblock。raidlogicblock中相同位置的page为raidpage，一个或多个raidpage组合在一起，形成raidlogicpage。其中raidlogicpage中包含的多个raidpage可以是物理上连续的page，也可以是非连续的page。raidlogicpage做为raid的基本单元，即raid条带（stripe）。利用badblock映射关系表降低raid复杂度，提供稳定的读写性能；使用灵活的raid关系组实现i/o隔离。