一種異常斷電時固態(tài)硬盤數(shù)據(jù)快速備份的方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于固態(tài)存儲領(lǐng)域，尤其涉及一種基于電容的異常斷電時固態(tài)硬盤數(shù)據(jù)快速備份的方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]NAND Flash作為一種非易失性存儲器件，具有體積小、訪問速度快、功率小及抗震等優(yōu)良特性，因此，基于NAND Flash技術(shù)的固態(tài)硬盤(Solid StateDrives, SSD)目前已經(jīng)應(yīng)用于軍用及民用存儲領(lǐng)域。NAND flash主要有兩種:SLC NAND flash (Single-Level-Cell NAND flash,單層 NAND flash)和 MLC NANDflash (Mult1-Level-Cell NAND flash，多層 NAND flash), MLC NAND flash 因其儲存密度較大，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用更加廣泛。MLC NAND flash采用一種稱之為“多頁結(jié)構(gòu)”的技術(shù)，g卩一個物理頁分為兩個邏輯頁，分別為LSB (Least Significant Bit)頁和MSB (MostSignificant Bit)頁。由于對MLC NAND flash某一物理頁編程時，必須先編程LSB頁，再編程MSB頁，因此LSB頁對應(yīng)著較低的參考電壓，因此，LSB頁具有較快的編程速度，并且當(dāng)只使用LSB頁時，MLC NAND flash可以達(dá)到與同等制程的SLC NAND flash相近的較低的誤碼率。
[0003]在固態(tài)硬盤的實(shí)際使用中，意外掉電情況時有發(fā)生，由于其不可預(yù)知性，意外掉電會造成固態(tài)硬盤臨時數(shù)據(jù)丟失，而這些臨時數(shù)據(jù)可能為地址映射表或者文件系統(tǒng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，一旦這些數(shù)據(jù)丟失，固態(tài)硬盤本身和用戶系統(tǒng)就會面臨崩潰的風(fēng)險(xiǎn)。因此，大電容作為意外掉電時的備用電源目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于固態(tài)硬盤中?；诖箅娙莸墓虘B(tài)硬盤典型存儲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，固態(tài)硬盤電源部分包括主電源和備份電容，主電源一般由主接口(如USB, SATA等)提供，在正常操作時為固態(tài)存儲系統(tǒng)提供電源，并且為備份電容充電。一個或者多個大電容在正常操作時存儲能量，并在系統(tǒng)意外掉電時作為備份電源使用。由于電容在放電過程中電壓是不穩(wěn)定的，因此，必須使用電壓調(diào)節(jié)器對電容電壓進(jìn)行變換，以為固態(tài)存儲系統(tǒng)提供穩(wěn)定的供電電壓，電壓調(diào)節(jié)器一般為穩(wěn)壓管、DC/DC等。固態(tài)存儲系統(tǒng)由NAND flash陣列和SSD(Solid State Drive，固態(tài)硬盤)控制器組成。為了提高固態(tài)存儲系統(tǒng)容量并減少Flash控制器封裝，一般將多片NAND flash芯片組成多個通道，這些通道再與Flash控制器相連接。如圖1所示，SSD控制器由處理器、緩存控制器、RAM以及Flash控制器組成，SSD控制器主要是接收來自主接口的訪問請求，并將這些請求進(jìn)行地址映射等操作，最后控制Flash控制器完成這些請求。
[0004]大電容容量一般是有限的，并且其容量會隨著時間逐漸減小，因此，增強(qiáng)基于大電容的固態(tài)硬盤存儲系統(tǒng)備份效率和可靠性是非常必要的。為了提高備份數(shù)據(jù)效率及可靠性，需要解決以下問題:
[0005](I)由于備份電容壽命和容量的限制，備份數(shù)據(jù)需要盡可能快地備份到NANDflash中。由于系統(tǒng)的意外掉電一般來說是不可預(yù)知的，在系統(tǒng)掉電的時刻系統(tǒng)有可能在處理一些耗時的任務(wù)，如NAND flash的擦除操作，因此，在這些情況發(fā)生時，如何通過有效地調(diào)度NAND flash的使用從而達(dá)到安全快速的數(shù)據(jù)備份是一個亟待解決的問題；
[0006](2)由于備份電容在放電過程是不穩(wěn)定的，雖然一般有電壓調(diào)節(jié)器去穩(wěn)壓，但其放電過程卻是存在一定的不可預(yù)知性，因此，如果在發(fā)生意外掉電時，僅僅提高數(shù)據(jù)備份效率就可能會出現(xiàn)一些數(shù)據(jù)可靠性的問題；
[0007](3)如果在MLC NAND flash的MSB頁進(jìn)行編程時發(fā)生意外掉電，則會發(fā)生低頁數(shù)據(jù)破壞的現(xiàn)象(lower page corrupt1n phenomenon)，即在重新上電時，已經(jīng)編程完畢的LSB頁數(shù)據(jù)誤碼率會顯著上升，進(jìn)一步危害了備份數(shù)據(jù)安全。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種異常斷電時固態(tài)硬盤數(shù)據(jù)快速備份的方法及系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)不能解決在固態(tài)硬盤在異常斷電時進(jìn)行安全快速、準(zhǔn)確有效的數(shù)據(jù)備份的問題。
[0009]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種異常斷電時固態(tài)硬盤數(shù)據(jù)快速備份的方法，步驟包括:
[0010]步驟A，監(jiān)測是否出現(xiàn)異常斷電；
[0011]步驟B，若監(jiān)測到發(fā)生異常斷電，計(jì)算備份電容的釋放能量是否滿足數(shù)據(jù)備份的需求；
[0012]步驟C，若判斷備份電容的釋放能量能夠滿足數(shù)據(jù)備份需求，確定一空閑通道，以所述空閑通道為數(shù)據(jù)備份的寫入通道；
[0013]步驟D，通過所述空閑通道進(jìn)行數(shù)據(jù)備份。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于:本發(fā)明根據(jù)備份電容的放電特性，采用動態(tài)通道選擇的方法，充分利用目前所有可利用通道備份數(shù)據(jù)，從而提高了數(shù)據(jù)備份速度，進(jìn)一步地，為了保證備份數(shù)據(jù)的可靠性，進(jìn)行備份時采用只編程LSB頁的方法，在提高了備份效率同時，降低了備份數(shù)據(jù)誤碼率，且避免了低頁數(shù)據(jù)破壞的現(xiàn)象。
【附圖說明】
[0015]圖1是現(xiàn)有技術(shù)提供的基于大電容的固態(tài)硬盤典型存儲系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的智能備份系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)恢復(fù)任務(wù)的執(zhí)行過程示意圖。
[0018]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種異常斷電時固態(tài)硬盤數(shù)據(jù)快速備份方法的流程圖。
[0019]圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的數(shù)據(jù)備份與數(shù)據(jù)恢復(fù)的流程示意圖。
[0020]圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種異常斷電時固態(tài)硬盤數(shù)據(jù)快速備份系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0022]本發(fā)明中，在異常斷電時執(zhí)行智能備份任務(wù)的是位于RAM和NAND Flash控制器之間的一層軟件。具有智能備份功能的固態(tài)存儲系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，主機(jī)與存儲系統(tǒng)通過主接口相連，主接口同時也是在正常操作時存儲系統(tǒng)的主電源及備份電源模塊的充電電源。主機(jī)文件系統(tǒng)的所有請求均由FTL(Flash Translat1n Layer，F(xiàn)lash轉(zhuǎn)譯層)通過控制NAND Flash控制器完成。FTL主要完成文件系統(tǒng)邏輯地址到NAND Flash物理地址的映射、垃圾回收及損耗均衡功能。為了提高系統(tǒng)I/O速率減少系統(tǒng)延時，F(xiàn)TL的全部或部分映射表、當(dāng)前懸掛的請求以及文件系統(tǒng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)等保存在RAM中，以便快速訪問及更新。
[0023]出現(xiàn)異常掉電時，備份電容作為臨時電源為存儲系統(tǒng)供電，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)備份。同時，系統(tǒng)產(chǎn)生一個硬件中斷，數(shù)據(jù)備份任務(wù)作為中斷服務(wù)程序?qū)⒈粓?zhí)行。圖3描述了數(shù)據(jù)備份任務(wù)和數(shù)據(jù)恢復(fù)任務(wù)的執(zhí)行次序及優(yōu)先級。數(shù)據(jù)備份的目的是將RAM中的數(shù)據(jù)寫入到NAND Flash陣列中以避免數(shù)據(jù)丟失。當(dāng)主電源恢復(fù)時，數(shù)據(jù)恢復(fù)任務(wù)由于其優(yōu)先級較高被首先執(zhí)行，將NAND flash陣列中的備份數(shù)據(jù)寫入到RAM中。
[0024]為了加快備份過程同時保證備份數(shù)據(jù)的可靠性，智能備份在NAND Flash陣列中單獨(dú)開辟一個固定的物理分區(qū)保存?zhèn)浞輸?shù)據(jù)，為了利用NAND Flash陣列的并行性，此分區(qū)平均分布于NAND Flash陣列的每個物理通道中。由于NAND Flash是一種“非即時”更新的存儲器件，即NAND flash的每一個物理塊在寫入數(shù)據(jù)前必須首先進(jìn)行擦除操作，因此，NANDFlash陣列需要垃圾回收操作以回收已寫入數(shù)據(jù)的“臟塊”。在智能備份方法中，備份數(shù)據(jù)分區(qū)的全部物理塊將在數(shù)據(jù)恢復(fù)時一