一种基于ZNS固态硬盘的全闪存系统和地址映射方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于ZNS固态硬盘的全闪存系统和地址映射方法，系统包括：至少一个ZNS固态硬盘，至少一个ZNS固态硬盘的物理存储空间包括映射区和数据区；其中，所述映射区用于存储对象FTL映射表；对象FTL映射表包括用于建立目标对象到对应物理地址之间的映射关系；目标对象包括任一构建在所述全闪存系统之上的存储系统操作单元；所述数据区被虚拟化为连续的存储地址空间并用于存储数据。本发明专利技术实施例提供的基于ZNS固态硬盘的全闪存系统和地址映射方法，能消除SSD内部、全闪存系统内部和应用本身造成的多重写放大问题，基于对象的映射方式可以适应不同负载混合的复杂场景，同时简化整个存储系统设计。整个存储系统设计。整个存储系统设计。

【技术实现步骤摘要】
一种基于ZNS固态硬盘的全闪存系统和地址映射方法


[0001]本专利技术涉及ZNS固态硬盘领域，特别涉及一种基于ZNS固态硬盘的全闪存系统和地址映射方法。

技术介绍

[0002]大数据时代，传统机械硬盘由于机械结构的问题，性能已无法满足企业级存储需求，而以半导体闪存芯片为存储介质的固态硬盘给存储系统带来了革命性的进步，成为传统磁盘的替代品。而随着企业级存储系统本身对数据容量和吞吐率的要求越来越高，单个固态硬盘也日益无法满足当前企业级存储系统的需求，全闪存存储技术特别是基于磁盘阵列技术发展而来的全闪存阵列技术，以一个或多个固态硬盘，提供大容量、高性能、高并发、高可靠性的高性能全闪存存储系统。以全闪存阵列为例，采用的RAID技术基于机械硬盘，并没有考虑固态硬盘的特性，RAID条带随机写后造成的垃圾回收问题，会引入额外的写放大，同时SSD内部由于异位更新，也会引起写放大，无法完全发挥全闪存系统的性能优势。另外，传统块设备接口以逻辑块或者扇区为单位读写，企业级SSD内部FTL映射一般基于闪存页为单位，这种访问粒度上的差异也会造成性能损失甚至加重固态硬盘磨损，而上层存储应用逻辑有自己的分配、回收算法和读写单位，同样会造成性能损失。
[0003]传统固态硬盘屏蔽了闪存的访问特性，因此，基于开放闪存操作接口的ZNS固态硬盘被认为是未来发展趋势。在软件定义存储系统中，如何发挥出ZNS固态硬盘的特性，结合应用场景，设计一种新的映射算法，优化整体存储系统性能，是大数据时代全闪存系统要解决的技术问题。

技术实现思路

>[0004]有鉴于此，本专利技术实施例的目的在于提供一种基于ZNS固态硬盘的全闪存系统和地址映射方法，具体包括：第一方面，本专利技术实施例提供了一种基于ZNS固态硬盘的全闪存系统，所述全闪存系统包括：至少一个ZNS固态硬盘，所述至少一个ZNS固态硬盘的物理存储空间包括映射区和数据区；其中，所述映射区用于存储对象FTL映射表；所述对象FTL映射表包括目标对象的对象ID字段、物理地址字段、大小字段，用于建立目标对象到对应物理地址之间的映射关系；所述目标对象包括任一构建在所述全闪存系统之上的存储系统操作单元，并通过所述对象FTL映射表实现分配、释放、管理或读写操作；所述数据区被虚拟化为连续的存储地址空间并用于存储数据；所述全闪存系统还包括前端接口模块，用于接收来自应用程序的命令，并与应用程序之间进行数据交换；以及对象FTL映射层，用于将所述命令对应的目标对象映射至所述目标对象对应的对象FTL映射表。
[0005]可选地，所述将所述命令对应的目标对象映射至所述目标对象对应的对象FTL映射表，具体包括：当所述全闪存系统运行时，将所有对象FTL映射表进行缓存；根据所述目标对象对应的对象ID字段进行Hash运算的结果，得到所述目标对象对应的对象FTL映射表在缓存中的索引地址；根据所述索引地址定位到目标对象对应的对象FTL映射表。
[0006]可选地，所述数据区中目标对象对应的存储数据被存储在多个内部连续的物理分区，所述物理分区内的存储数据是根据目标对象请求的写入顺序依次存放的；所述多个内部连续的物理分区的最后一部分分区空间用于存储对应的元数据，所述元数据包含了每个内部连续的物理分区的属性。
[0007]可选地，所述对象ID字段由构建在所述全闪存系统之上的存储系统统一分配。
[0008]可选地，所述对象ID字段由所述全闪存系统根据数据摘要生成。
[0009]可选地，所述对象ID为逻辑地址LBA。
[0010]可选地，所述数据区被虚拟化为连续的存储地址空间，具体包括：根据RAID0、RAID1或RAID5算法将所述至少一个ZNS固态硬盘的数据区虚拟化为连续的存储地址空间。
[0011]第二方面，本专利技术实施例提供了一种基于ZNS固态硬盘的地址映射方法，应用于第一方面所述的全闪存系统，所述方法包括：由前端接口模块接收来自应用程序的命令；若所述命令为来自应用程序的读请求，在缓存中查询所述目标对象对应的对象FTL映射表；通过所述目标对象对应的对象FTL映射表获取对应的物理地址；向所述全闪存系统中的ZNS固态硬盘数据区发起读请求，并将读取到的数据由前端接口模块返回应用程序。
[0012]第三方面，本专利技术实施例提供了一种基于ZNS固态硬盘的地址映射方法，应用于第一方面所述的全闪存系统，所述方法包括：由前端接口模块接收来自应用程序的命令；若所述命令为来自应用程序的写请求，接收待写入数据到缓存；在全闪存系统中的ZNS固态硬盘数据区中，为缓存中的所述待写入数据分配物理地址；更新缓存中的对象FTL映射表，使其指向分配的物理地址。
[0013]可选地，所述方法还包括：定期将缓存中的对象FTL映射表写入全闪存系统中的ZNS固态硬盘映射区中。
[0014]本专利技术实施例提供的基于ZNS固态硬盘的全闪存系统和地址映射方法，利用ZNS固态硬盘开放闪存操作的特点，面向软件定义的全闪存系统，消除了FTL对闪存操作方式的屏蔽，同时保留固态硬盘对闪存介质的管理功能，使得上层存储层不用处理闪存的失效管理，同时又开放闪存基本操作供上层存储系统结合应用场景优化。针对异构复杂的多应用场景，设计一种基于对象FTL的地址映射算法，将文件系统分配单元、数据库操作单元、块设备操作单元等所有构建在该全闪存系统之上的存储系统操作单元统一视为对象Object，对象
的分配、释放、管理和读写等都通过Object
‑
FTL完成，通过这种统一的Object
‑
FTL，消除存储应用、全闪存系统和SSD内部的多重写放大，提供可自适应不同应用负载的对象存储功能。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳务的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本申请的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本申请的主旨。
[0016]图1示出了根据本专利技术实施例提供的全闪存系统的结构示意图。
[0017]图2示出了根据本专利技术实施例提供的对象FTL映射表布局示意图。
[0018]图3示出了根据本专利技术实施例提供的全闪存系统中对象FTL映射表的映射方法的流程示意图。
[0019]图4示出了根据本专利技术实施例提供的物理分区的数据布局示意图。
[0020]图5示出了根据本专利技术实施例提供的读请求过程中的地址映射方法流程示意图。
[0021]图6示出了根据本专利技术实施例提供的写请求过程中的地址映射方法流程示意图。
[0022]图7示出了根据本专利技术实施例提供的读写请求过程中的地址映射方法流程示意图。
具体实施方式
[0023]以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于ZNS固态硬盘的全闪存系统，其特征在于，所述全闪存系统包括：至少一个ZNS固态硬盘，所述至少一个ZNS固态硬盘的物理存储空间包括映射区和数据区；其中，所述映射区用于存储对象FTL映射表；所述对象FTL映射表包括目标对象的对象ID字段、物理地址字段、大小字段，用于建立目标对象到对应物理地址之间的映射关系；所述目标对象包括任一构建在所述全闪存系统之上的存储系统操作单元，并通过所述对象FTL映射表实现分配、释放、管理或读写操作；所述数据区被虚拟化为连续的存储地址空间并用于存储数据；所述全闪存系统还包括前端接口模块，用于接收来自应用程序的命令，并与应用程序之间进行数据交换；以及对象FTL映射层，用于将所述命令对应的目标对象映射至所述目标对象对应的对象FTL映射表。2.根据权利要求1所述的全闪存系统，其特征在于，所述将所述命令对应的目标对象映射至所述目标对象对应的对象FTL映射表，具体包括：当所述全闪存系统运行时，将所有对象FTL映射表进行缓存；根据所述目标对象对应的对象ID字段进行Hash运算的结果，得到所述目标对象对应的对象FTL映射表在缓存中的索引地址；根据所述索引地址定位到目标对象对应的对象FTL映射表。3.根据权利要求1所述的全闪存系统，其特征在于，所述数据区中目标对象对应的存储数据被存储在多个内部连续的物理分区，所述物理分区内的存储数据是根据目标对象请求的写入顺序依次存放的；所述多个内部连续的物理分区的最后一部分分区空间用于存储对应的元数据，所述元数据包含了每个内部连续的物理分区的属性。4.根据权利要求1所述的全闪存系统，其特征在于，所述对象I...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘烈超，刘兴斌，
申请(专利权)人：武汉麓谷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：