固态存储器、计算机系统以及操作固态存储器的方法
技术领域：
本发明一般涉及存储系统，特别地，本发明涉及固态存储器(SSM)、包含SSM的计算机系统、以及操作SSM的方法。SSM的例子包括计算机系统的主存储器以及计算机系统的固态驱动器(SSD)。
背景技术：
固态盘(SSD)是一种数据存储设备，通常模拟传统的硬盘驱动器(HDD)，因此在大多数应用中容易替代HDD。与HDD的旋转盘介质不同，SSD使用固态存储器存储数据。由于没有移动的部分，SSD大大减少了寻找时间、等
SSD —般由NAND闪存(非易失)或SDRAM(易失)组成。基于易失性存储器(如SDRAM)的SSD的特点在于快速数据存取，且主要用来加速那些受到盘驱动器的等待时间限制的应用。基于DRAM的SSD的易失性存储器通常需要包含内部电池以及备用盘系统，以保证数据的持久性。如果电源中断，则电池维持电力足够的持续时间，以便将数据从SDRAM拷贝到备用盘系统。 一旦电源恢复，数据从备用盘拷贝回SDRAM,这时SSD恢复正常操作。
然而，大多数SSD制造商使用非易失性闪速存储器来制造基于DRAM的SSD的、更为可靠和紧凑的替代品。这些基于闪速存储器的SSD(也被称作闪盘)不需要电池，允许制造商更为容易地复制标准硬盘驱动器。此外，非易失性闪速SSD在失去电源期间保持存储。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种操作固态存储系统的方法。该方法包
括对固态存储系统进行逻辑分区，更新被逻辑分区的固态存储器的元数据，以及监视被更新的元数据以定位存储在固态存储系统中的无效数据。
根据本发明的另 一方面，提供一种被操作逻辑分区的固态存储系统的方法。该方法包括确定固态存储器的分区元数据是否已经被改变，以及分析该分区元数据以定位存储在固态存储器中的无效数据。
根据本发明的仍一方面，提供一种固态存储系统。该固态存储系统包括固态存储器和控制器，其中，该控制器被配置成对该固态存储器进行逻辑分区，更新被逻辑分区的固态存储器的元数据，以及监视被更新的元数据以定位存储在固态存储系统中的无效数据。
根据本发明的再一方面，提供一种计算机系统，其包括总线系统；被连接到总线系统的、存储用来初始化该计算机系统的软件的只读存储器；被连接到总线系统的、作为工作存储器的随机存取存储器；中央处理单元；以及被连接到该总线系统且包含固态存储器和控制器的固态存储系统。该控制器被配置成对该固态存储器进行逻辑分区，更新被逻辑划分的固态存储器的元数据，以及监视被更新的元数据以定位存储在该固态存储系统中的无效数据。
从随后参考附图的详细描述中，本发明的上述和其他方面及特征将变得
更容易清楚，其中
图1是根据本发明的一个实施例的固态驱动器(SSD)的方框图2是图解固态盘的存储器的逻辑分区的示意图3是图解主引导记录(MBR)的结构的示意图4是图解包含在图3的MBR中的分区记录的示意图5是说明分区类型和相应的ID值的表格；
图6和7分別是用于描述根据本发明一个实施例的定位无效数据区的方法的流程图和示意图8和9分别是用于描述根据本发明一个实施例的定位无效数据区的方法的流程图和示意图；图10和11分别是用于描述才艮据本发明一个实施例的定位无效数据区的方法的流程图和示意图12是根据本发明实施例的存储系统的系统级框图。
具体实施例方式
将通过本发明的优选的但不是限制性的实施例的方式来描述本发明。在这里要强调的是，本发明不限于下面描述的示范性实施例，本发明的范围是由所附的权利要求来限定。
图1图解了根据本发明一个实施例的固态盘(SSD)1000的方框图。如所示的那样，这个例子中的SSD 1000包括SSD控制器1200和非易失性存储介质1400。
SSD控制器1200包括第一接口 1210、第二接口 1230、控制器1220以及存储器1240。
第 一接口 1210用作对主设备(诸如主机中央处理单元(CPU)(未示出》的数据I/O接口 。第一接口 1210的非限制性实例包括通用串行总线(USB^妄口 、高级技术配件(ATA)接口、串行ATA(SATA)接口、小型计算机系统接口 (SCSI)的接口。
第二接口 1230用作对非易失性存储介质1400的数据I/O接口。具体而言，第二接口 1230被用来向该非易失性存储介质1400发送各种命令、地址和数据或从该非易失性存储介质1400接收各种命令、地址和数据。对于所属技术领域人员来说，很明显，第二接口 1230的多种不同结构和配置是可能的，并且因此为简明起见，其详细的描述将被省略。
控制器1220和存储器1240在第一接口 1210和第二接口 1230之间以操作方式连接，且共同用来控制/管理主设备(未示出)和非易失性存储介质1400之间的数据流。存储器1240例如可以是一种DRAM类型的存储设备，而控制器1220例如可以包括中央处理单元(CPU)、直接存储器存取(DMA)控制器、以及纠错控制(ECC)引擎。可在共同转让的美国专利公开2006-0152981中找到控制器功能的例子，该美国专利公开在此通过引用方式而并入。所属技术领域人员可以理解通常由控制器1220(和存储器1240)执行的、在主机设备(未示出)和SSD存储体之间传输数据的操作，因此，为了简洁而省略其详细的描述。相反，在此之后提供的操作说明主要集中于与本发明各实施例相关的创
6仍然参见图1，该例子的非易失性存储介质1400包括高速非易失性存储器(NVM)1410和低速非易失性存储器(NVM)1420。然而，这里的实施例不限于包含双速度存储器的配置。也就是说，非易失性存储介质1400可以替换为由以单速度操作的单一类型的存储器组成。
如名称所表达的那样，与低速NVM 1420相比，高速NYM1410能够操作于相对较高的速度(例如，随机写速度)。
在一个示范性实施例中，高速NVM 1410是单层单元(SLC)闪速存储器，低速NVM 1420是多层单元(MLC)闪速存储器。然而，本发明不限于此。例如，高速NVM1410可被替换为由相变随机存取存储器(PRAM)组成，或者由每单元使用1位的MLC闪速存储器组成。同时，高速NVM 1410和低速NVM1420可由相同类型的存储器(例如，SLC或MLC或PRAM)组成，其中，通过高速NVM 1410中的细粒度映射和低速NVM 1420中的粗粒度映射来区分操作速度。
通常，高速NVM 1410被用来存储频繁存取(写)的数据，如元数据，而低速NYM 1420被用来存储较少存取(写)的数据，如介质数据。换言之，如下面将要讨论的，高速NVM 1410中的数据的写频率统计地高于低速NVM1420中的数据的写频率。同样，由于被存储的各种数据的特性，低速NVM1420的存储容量将通常远远高于高速NVM 1410的存储容量。在2008年1月17日提交的、序号为12/015,548的共同转让的美国非临时申请中可以找到其中有效地利用高速和低速存储器来存储不同类型数据的例子的更详尽的讨论，在此通过引用方式并入其全部内容。此外，然而，这里的实施例不限于使用操作于不同速度的两个或更多存储器。
图2图解了非易失性存储介质1400的逻辑分区的例子。如图所示，固态存储器的第 一"扇区，，包括主引导记录(MBR)，存储器的其余扇区被分成多个分区。此外，每个分区通常包括在其逻辑前端的引导记录。
图3图解了图2中所示的MBR的7>知的512字节的例子。通常，MBR被用于例如维护固态存储器的主分区表。其还可被用于在计算机系统的BIOS将运行传递到包含在MBR中的机器代码指令之后的自举工作。该MBR还可被用于唯一地标识各个存储介质。
图4说明了图3中描述的MBR的单16字节分区记录的布局的例子。在
7IBM分区表标准的例子中，图4中说明的四(4)个分区记录包含在MBR的分 区表中。
图5是说明分区类型和相应ID值的表。在这点上，其操作系统(0/S)还 可以另外在指定的主分区中创建多个分区。这些分区被称作"扩展分区"。每 个在扩展分区上创建的分区被称作逻辑分区，且每个逻辑分区可采用相同或 不同的文件系统。
这里应该注意的是，前面描述的MBR方案仅代表不断发展的产业中的 一些标准中的一个。例如，可扩展固件接口(EFI)标准已被提议作为PCBIOS 标准的替代标准。其中PC BIOS使用如上所述的MBR方案，EFI标准使用 GUID分区表(GPT)作为被逻辑分区的固态盘中的分区表布局的标准。本发明 不限于任何特定的分区标准。
图3的MBR(或GUID)的分区表中包含的数据是"存储级，，元数据的例子， 即，与固态存储器的逻辑存储区有关的元数据。这与"文件系统级"元数据、 即与计算机系统的文件系统有关的元数据形成对照。文件系统的例子包括文
件分配表(FAT)、新技术文件系统(NTFS)、第二和第三扩展文件系统(ext2和 ext3)。
也就是说，当用户删除固态存储器1400中的文件时，运行在该系统上的 文件系统处理该删除命令，而从用户的角度来看，看上去像是从存储器1400 中去除文件。然而，实际上，传统的文件系统保留物理存储器中的文件数据， 而替之以，认为该数据是"无效的"。主机系统包括与文件系统通信的应用程 序。闪存转换层(FTL)保持跟踪与固态存储器1400中的文件有关的存储单元 的物理位置，以便文件系统仅需要参考逻辑存储单元。
如下面将更详细描述的那样，本发明的实施例至少部分地专注于监视被 更新的元数据，以便定位存储在固态存储系统中的无效数据的位置。
被监视的元数据可能是存储级元数据或者文件系统级元数据。如果是存 储级元数据，例如，所述元数据可被包含在分区表中，而根据分区表的元数 据中的变化来定位无效数据。
在一个实施例中，例如，确定固态存储器的分区元数据是否已被改变，
这一分析可包括确定分区的文件系统类型已被改变，以及响应被改变的文 件系统类型而使数据无效。另一方面，或另外，该分析可以包括确认分区已被改变，以及响应被改变的分区而使数据无效。
现在参照图6和图7描述根据本发明一个实施例的无效固态存储器的被
删除数据区的方法。
通常，这个实施例涉及监视包含在分区表(诸如BIOS系统中的MBR的 主分区表的标准表)中的元数据。在图6的步骤601和602中，监视MBR地 址区域以确定MBR地址是否被访问。图7中图解了MBR、主分区以及分区 记录的例子。
一旦已确定MBR地址已被访问，则在步骤603确定分区表是否已经被 改变。例如，在分区被划分的情况下，分区表可能被改变。在这种情况下， 被划分的分区中的所有数据都变成无效的。
在步骤603做出肯定确定的情况下，在图6的步骤604中配置分区的起 始位置和文件系统类型(分区类型)。然后，在步骤605，根据文件系统类型分 析元数据，并使被删除的数据区无效。
现在参照图8和图9描述根据本发明一个实施例的无效固态存储器的被 删除数据区的方法。
通常，这个实施例涉及监视包含在文件分配表(FAT)中的元数据。特别地， 通过4企查簇链接(或者其不足)，确定与簇相关联的数据是否是被删除数据。
通常，可被用来在闪存类型固态存储器存储文件的文件系统具有定义的 存储器分配的单元，该单元指定可被分配来保存文件的盘空间的最小逻辑量。 例如，MS-DOS文件系统(已知为文件分配表(FAT))将这样的存储器分配的单 元称作簇。
在图8的方法中，最初在步骤801冲企查文件条目，在步骤802,确定该 文件条目是否是
。如果步骤802中的确定是肯定的，则匹配的簇 没有被链接，并且在步骤803，其数据被无效。
现在参照图10和图11描述根据本发明一个实施例无效固态存储器的被 删除数据区的方法。
通常，这个实施例涉及监视新技术文件系统(NTFS)中包含的元数据。在 起始步骤1001中，从NTFS引导记录检查主文件表(MFT)的起点。在这个例 子中，然后在步骤1002搜索MFT的第六(6*)条目$Bitmap,然后在步骤1003 检查位图表。然后在步骤1004中确定在位图表中是否存在被删除的区域，如 果是肯定的结果，那么使匹配的数据区无效。通过如上所述使数据或数据区无效，使得在不拷贝无效数据的情况下在
固态盘(SSD)驱动器中执行合并操作成为可能。此外，例如，可以使得碎片收 集系统变得更有效。
图12是根据本发明一个实施例的计算机系统的框图。如图所示，该计算 机系统包括总线系统10;以及连接到总线系统10的、用于存储用来初始 化计算机系统的软件(例如BIOS)的只读存储器(ROM)ll。该计算机系统还包 括作为工作存储器的随机存取存储器12、中央处理单元13以及固态存储系 统14,所有部件都连接到总线系统10。该固态存储系统包括固态存储器和控 制器(例如，参见图1)。同样，在图12说明的例子中，固态存储系统包括主 引导记录，并且被逻辑划分为多个分区。如结合前述实施例所描述的那样， 固态存储系统的控制器被配置为对固态存储器进行逻辑分区，更新被逻辑分 区的固态存储器的元数据，以及监视被更新的元数据以定位存储在固态存储 系统中的无效数据。
上面所描述的主题应当被认为是说明性的，而非限制性的，所附权利要 求意欲覆盖所有这样的落入本发明的实际精神和范围内的修改、改进、以及 其他实施例。因此，为了法律允许的最大延伸，本发明的范围应当由随后权 利要求及其等价内容的可允许的最宽泛的解释来决定，且不应当受之前详述 的说明书限制或约束。
10
权利要求
1、一种操作固态存储系统的方法，包括对固态存储系统进行逻辑划分，更新被逻辑分区的固态存储器的元数据，以及监视被更新的元数据，以定位所述固态存储系统中存储的无效数据。
2、 如权利要求l所述的方法，其中，元数据是存储级元数据。
3、 如权利要求2所述的方法，其中，元数据被包含在分区表中，并且其 中，根据分区表的元数据的改变来定位无效数据。
4、 如权利要求3所述的方法，其中，分区表被包含在主引导记录(MBR)中。
5、 如权利要求4所述的方法，其中，分区表被包含在GUID分区表(GPT)中。
6、 如权利要求l所述的方法，其中，元数据是文件系统级元数据。
7、 如权利要求5所述的方法，其中，元数据被包含在文件分配表(FAT)中。
8、 如权利要求5所述的方法，其中，元数据被包含在新技术文件系统 (NTFS)中。
9、 一种4乘作被逻辑分区的固态存储系统的方法，包括确定固态存储器 的分区元数据是否已经被改变，以及分析该分区元数据以定位固态存储器中 存储的无效数据。
10、 如权利要求9所述的方法，其中，分析分区元数据的步骤包括确定 分区的文件系统类型已经被改变，并且响应被改变的文件系统类型而使数据 无效。
11、 如权利要求9所述的方法，其中，分析分区元数据的步骤包括确定 分区已经净皮改变，并且响应4皮改变的分区而佳Jt据无效。
12、 如权利要求9所述的方法，其中，分区元数据被包含在主引导记录 (MBR)中。
13、 如权利要求9所述的方法，其中，分区元数据被包含在GUID分区 表(GPT)中。
14、 一种固态存储系统，包括固态存储器以及控制器，其中，控制器被 配置成对该固态存储器进行逻辑分区，更新被逻辑分区的固态存储器的元数据，以及监视被更新的元数据以定位该固态存储系统中存储的无效数据。
15、 如权利要求14所述的固态存储系统，其中，元数据是存储级元数据。
16、 如权利要求15所述的固态存储系统，其中，元数据被包含在分区表 中，并且其中，根据分区表的元数据的改变来定位无效数据。
17、 如权利要求16所述的固态存储系统，其中，分区表被包含在主引导 记录(MBR)中。
18、 如权利要求16所述的固态存储系统，其中，分区表被包含在GUID 分区表(GPT)中。
19、 如权利要求14所述的固态存储系统，其中，元数据是文件系统级元 数据。
20、 如权利要求19所述的固态存储系统，其中，元数据被包含在文件分 配表(FAT)中。
21、 如权利要求19所述的固态存储系统，其中，元数据被包含在新技术 文件系统(NTFS)中。
22、 一种计算^U系统，包括 总线系统；只读存储器，连接到该总线系统，用于存储用来初始化该计算机系统的 软件；随机存取存储器，连接到该总线系统，作为工作存储器； 中央处理单元，连接到该总线系统；以及固态存储系统，连接到该总线系统，包括固态存储器和控制器，其中， 该控制器被配置成对该固态存储器进行逻辑分区，更新被逻辑分区的固态存 储器的元数据，以及监视被更新的元数据以定位该固态存储系统中存储的无 效数据。
23、 如权利要求22所述的计算机系统，其中，元数据是存储级元数据。
24、 如权利要求22所述的计算机系统，其中，元数据被包含在分区表中， 并且其中，根据分区表的元数据的改变来定位无效翁:据。
25、 如权利要求22所述的计算机系统，其中，元数据是文件系统级元数据。
全文摘要
在一个方面，确定固态存储器的分区元数据是否已经被改变，如果被改变，则分析该分区元数据以定位存储在该固态存储器中的无效数据。该分析可以包括确定分区的文件系统类型已经被改变，以及响应于被改变的文件系统类型而使数据无效。另一方面，或者另外，该分析可以包括确定分区已经被改变，以及响应被改变的分区而使数据无效。
文档编号G06F17/30GK101661473SQ20081015476
公开日2010年3月3日 申请日期2008年11月6日 优先权日2007年11月6日
发明者吴尚津, 吴文旭, 朴赞益, 金圣哲 申请人:三星电子株式会社
文档序号 :
【 6466772 】
技术研发人员：吴尚津,吴文旭,金圣哲,朴赞益
技术所有人：三星电子株式会社
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
声 明 ：此信息收集于网络，如果你是此专利的发明人不想本网站收录此信息请联系我们，我们会在第一时间删除
技术研发人员：吴尚津,吴文旭,金圣哲,朴赞益
技术所有人：三星电子株式会社
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
声 明 ：此信息收集于网络，如果你是此专利的发明人不想本网站收录此信息请联系我们，我们会在第一时间删除