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CN121387176A - 存储装置、其数据处理方法与非瞬时计算机可读取存储介质 - Google Patents

存储装置、其数据处理方法与非瞬时计算机可读取存储介质

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CN121387176A
CN121387176A CN202510946361.3A CN202510946361A CN121387176A CN 121387176 A CN121387176 A CN 121387176A CN 202510946361 A CN202510946361 A CN 202510946361A CN 121387176 A CN121387176 A CN 121387176A
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CN
China
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storage device
instruction
mode
device controller
burst mode
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Application number
CN202510946361.3A
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English (en)
Inventor
魏妙勋
杨智舜
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Silicon Motion Inc
Original Assignee
Silicon Motion Inc
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

本发明提出一种存储装置、其数据处理方法与非瞬时计算机可读取存储介质，该方法包含：判断该存储装置目前是操作于一爆发模式或一维持模式。于该爆发模式下，回应于一指令的执行完成，告知一主机该指令已完成。于该维持模式下，回应于该指令的执行完成并且于经过一延迟时间，告知该主机该指令已完成。

Description

存储装置、其数据处理方法与非瞬时计算机可读取存储介质
技术领域
本发明是有关于一种存储装置、其数据处理方法与非瞬时计算机可读取存储介质。
背景技术
固态硬盘(Solid-state drive或Solid-state disk，简称SSD)在现代科技中扮演着极为重要的角色，其重要性主要体现在以下几个方面。
速度快：相比传统的机械硬盘(HDD)，SSD的读写速度更快，因为SSD不需要机械部件进行读写操作。这使得计算机的开机速度更快，应用程序的运行速度更高，并且可以更快地处理大量数据。
可靠性高：SSD没有机械部件，因此相对于HDD来说更加耐用。SSD较少受到震动和撞击的影响，且不容易因为机械故障而失去数据。这使得SSD在需要高可靠性的应用场景下更受欢迎，例如企业服务器和数据中心。
能效高：由于SSD不需要移动部件，其能耗比传统的HDD要低，这意味着使用SSD的设备能够更节能，更长时间地运行。
体积小：SSD相对于HDD来说体积更小，这使得SSD在许多场合下更易于安装和部署，尤其是在笔记型计算机、平板计算机和其他体积较小的设备中。
固态硬盘的应用用途非常广泛，包括但不限于以下。SSD可以当成个人计算机的作业系统和应用程序的存储，提高系统的速度和反应时间。SSD可应用于企业服务器和数据中心的存储大量数据、加速数据处理和运行虚拟机器。在云基础设施中，SSD被广泛用于提供高性能的虚拟机器和快速存储服务。SSD可应用于游戏主机中，用于加速游戏加载时间和提高游戏性能。于嵌入式系统中(如智能型手机、平板计算机、物联网设备等)，SSD可用于存储和处理数据。
总的来说，固态硬盘已经成为现代科技中不可或缺的一部分，快速、可靠和节能的特点使得SSD在各种应用场景下都有着广泛的应用价值。
以存储装置而言，服务质量(quality ofservice，QoS)表现是存储装置的效能与稳定性的重要指标，直接影响使用者体验。存储装置在执行指令时，因各种原因(例如，容错式磁碟阵列(RAID,RedundantArray ofIndependent Disks)编码(encode)、垃圾回收(Garbage collection，GC)行为等)都可能造成整体的效能抖动和不一致，影响QoS表现，也可能因此导致指示超时(command timeout)的严重问题。
另外，目前来说，也缺乏可以在不依靠主机或其他外接工具来确认存储装置本身的频宽的技术。
故而，本案旨在解决上述技术问题。
发明内容
根据本发明的一方面，提出一种存储装置。该存储装置包括：一存储装置控制器，用以接收来自一主机的一指令，以及一存储单元阵列，耦接至该存储装置控制器，该存储单元阵列用于存储数据。其中，该存储装置控制器架构成：将该指令存于一提交队列内；判断该存储装置目前是操作于一爆发模式或一维持模式；于该爆发模式下，回应于该指令的执行完成，告知该主机该指令已完成；以及于该维持模式下，回应于该指令的执行完成并且于经过一延迟时间，告知该主机该指令已完成。
根据本发明的另一方面，提出一种存储装置的数据处理方法，包括：回应于由一主机所发出的一指令，一存储装置控制器将该指令存于该存储装置的一提交队列内；该存储装置控制器判断该存储装置目前是操作于一爆发模式或一维持模式；于该爆发模式下，当该指令执行完成后，该存储装置控制器告知该主机该指令已完成；以及于该维持模式下，回应于该指令的执行完成并且于经过一延迟时间，该存储装置控制器告知该主机该指令已完成。
根据本发明的一方面，提出一种非瞬时计算机可读取存储介质，该非瞬时计算机可读取存储介质记录至少一程序指令，该至少一程序指令在载入一电子装置后，执行下列步骤：回应于由一主机所发出的一指令，将该指令存于一存储装置的一提交队列内；判断该存储装置目前是操作于一爆发模式或一维持模式；于该爆发模式下，当该指令执行完成后，告知该主机该指令已完成；以及于该维持模式下，回应于该指令的执行完成并且于经过一延迟时间，告知该主机该指令已完成。
为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附图式详细说明如下。
附图说明
图1绘示根据本案一实施例的存储装置的功能示意图；
图2显示根据本案一实施例的存储装置的详细功能示意图；
图3显示根据本案一实施例的数据处理方法；
图4显示根据本案一实施例的下行数据处理方法流程图；
图5显示根据本案一实施例的上行数据处理方法流程图。
其中，附图标记：
110:主机
120:存储装置控制器
130:存储装置
131:存储单元阵列
221:输出入电路
222:处理电路
SQ:提交队列
220:延迟单元
CQ:完成队列。
具体实施方式
以下将详述本发明的各实施例，并配合图式作为例示。除了这些详细描述之外，本发明还可以广泛地施行在其他的实施例中，任何所述实施例的轻易替代、修改、等效变化都包含在本发明的范围内，并以权利要求书记载为准。在说明书的描述中，为了使读者对本发明有较完整的了解，提供了许多特定细节及实施范例；然而，这些特定细节及实施范例不应视为本发明的限制。此外，众所周知的步骤或元件并未描述于细节中，以避免造成本发明不必要的限制。
请参照图1，其绘示根据本案一实施例的存储装置的功能示意图。如图1所示，根据本案一实施例的存储装置130(例如为SSD)包括：存储装置控制器120与存储单元阵列131。存储装置耦接至主机110。存储装置控制器120耦接至存储单元阵列131。存储单元阵列131可用于存储数据。
主机110可发出读取指令或写入指令至存储装置控制器120，以让存储装置控制器120据以对存储装置130(例如但不受限于为，SSD等)的存储单元阵列131进行数据读取或数据写入。
图2显示根据本案一实施例的存储装置130的更详细功能示意图。如图2所示，存储装置控制器120包括：输出入电路221与处理电路222。存储装置130更包括：提交队列(Submission Queue)SQ、延迟单元220与完成队列(Completion Queue)CQ。当然，存储装置控制器120与存储装置130可以更包括其他必要/非必要元件，其在此省略。提交队列SQ与完成队列CQ可以由缓冲器(buffer)所实现。
输出入电路221可以当成对主机110与存储装置130之间的输出入界面。
处理电路222用以控制存储装置控制器120的操作。处理电路222的详细功能将于底下说明之。处理电路222可以例如是通过使用一芯片、芯片内的一电路区块、一固件电路、含有数个电子元件及导线的电路板来实现。
提交队列SQ可用于暂存需要进行处理的任务或指令。在通常情况下，使用提交队列SQ来接收来自主机110或其他设备的指令，然后按照提交的顺序进行处理所接收到的指令。
存储装置控制器120将由主机110所传来的指令(如读取指令或写入指令)提交到提交队列SQ中。然后，存储装置控制器120根据提交队列SQ中的指令进行处理，将数据写入至存储装置130或从存储装置130读取数据。总的来说，提交队列SQ有助于管理和调度来自主机110或其他设备的指令或数据，从而实现高效的数据处理和传输。
当提交指令完成时，相关指令完成信息(如操作的状态、成功或失败结果等)将被存储装置控制器120放入于完成队列CQ中。
主机110或其他应用程序可以定期检查完成队列CQ，以确定提交的指令是否已完成，并根据需要进行后续处理。或者是，存储装置控制器120可以将指令完成信息回传给主机110。
以图2为例，由主机110所发出的指令CM1、CM2、CM3…等被暂存于提交队列SQ。当指令CM1、CM2、CM3…等完成时，相关的指令完成信息CCM1、CCM2、CCM3将被放入完成队列CQ中，其中，指令完成信息CCM1是指令CM1的指令完成信息，其余可依此类推。
当操作于维持模式(sustain mode)下，延迟单元220用于延迟将「指令完成信息(如CCM1…)」写入至完成队列CQ的时间。
图3显示根据本案一实施例的数据处理方法。于步骤310中，主机110发出指令至存储装置控制器120，存储装置控制器120将该指令存于提交队列SQ内。
于步骤320中，判断存储装置130目前是操作于爆发模式(burst mode)或维持模式。于爆发模式下，会在没有执行任何背景动作(background action)下，来执行该指令，以及，当该指令完成后，存储装置控制器120会将指令完成信息回传给主机110。也就是说，在爆发模式下，当该指令完成后，存储装置控制器120会告知主机110该指令已完成。也就是说，在爆发模式下，当该指令完成后，主机110可以得知该指令已完成。
于维持模式，则是在执行背景动作下，来执行该指令，以及，当该指令完成后，存储装置控制器120会经过一段延迟时间(该延迟时间的设定可能是由存储装置控制器120的制造商或存储装置130的使用者所进行)后，才将指令完成信息回传给主机110。也就是说，在维持模式下，当该指令完成后，存储装置控制器120会经过该延迟时间后才告知主机110该指令已完成，主机110此时才会得知该指令已完成。
底下将说明本案一实施例中，如何判断目前是处于维持模式。
在一可能例中，当存储单元阵列131中的备用区块(spare block)的数量小于区块临界数量时，存储装置控制器120可能会在处理一既定数量的写入指令后停止处理指令，开始耗费部分的软硬件资源去执行垃圾收集(GC)，以增加备用区块的数量。在此情况下，可判断当下存储装置控制器120处于维持模式。另一方面，当存储单元阵列131中的备用区块的数量大于或等于区块临界数量，存储装置控制器120不会执行垃圾收集(GC)，此时判断存储装置控制器120能利用大部分的软硬件资源，以爆发模式处理指令。也就是说，可以根据备用区块数量是否大于或等于区块临界数量来决定存储装置控制器120是处于爆发模式或维持模式。
在另一可能例中，在读取指令或写入指令执行时，会定期(例如但不受限于每一秒)去检查存储装置130的温度，如果检查到温度高于所设定的温度临界值(定值)会启动指令节流(command throttling)，通过降低指令的处理效率达到降温的效果，此时可判断存储装置控制器120进入维持模式。相反地，如果检查到存储装置130的温度不高于所设定的临界值(定值)，则不会启动指令节流，故此时可判断存储装置控制器120能以具有较高指令处理效率的爆发模式来处理指令。在此，指令节流作法例如是，以存储装置控制器120闲置数毫秒(此时不会处理收进来的指令)后再以数毫秒进行指令处理为一个周期，如此反覆数个周期，使得指令处理的速度下降。也就是说，可以根据所检查到的温度是否高于所设定的临界值来决定是爆发模式或维持模式。
当存储装置控制器120目前是操作于爆发模式下时，于指令执行完成时，存储装置控制器120会告知主机110该指令已完成(亦即，存储装置控制器120将已执行完成指示的指令完成信息放入完成队列CQ中)，如步骤330。
当存储装置控制器120目前是操作于维持模式下时，当指令执行完成时，存储装置控制器120会经过一延迟时间才告知主机110该指令已完成。亦即，存储装置控制器120会经过该延迟时间(由延迟单元220来执行)后(如步骤340)，存储装置控制器120才告知主机110该指令已完成(如步骤350)，降低发生指令超时的机会。
在本案一实施例中，对于比较快完成的指令，延迟将其相关指令完成信息写入至完成队列CQ的原因在于，如此主机110不会那么快发出下一笔指令。这是因为，一旦主机110发出指令后，主机110就会开始计时，如果存储装置控制器120处于维持模式下会较有可能未能及时完成指令，而造成指令超时。故而，在本案一实施例中，通过这样的机制，可以避免主机110的计时器太早开始计时，以让比较慢完成的指令比较有时间可以做准备，降低指令超时的可能性。
底下将说明本案一实施例如何在不依靠主机也不依靠其他外接工具的前提下，来评估存储装置130的本身频宽(亦即本身性能)。
图4显示根据本案一实施例的下行数据处理方法流程图。在此，「下行」是数据从主机110(数据来源)送往存储装置130(数据目的)。图4乃是由存储装置控制器120所执行。
于步骤410中，数据开始从主机110送往存储装置130，以及，存储装置控制器120将数据开始传输时间点(T1)记录下来。
于步骤420中，存储装置控制器120计数从主机110送往存储装置130的数据传输量(C)。
于步骤430中，数据传输已结束，以及，存储装置控制器120将数据结束传输时间点(T2)记录下来。
于步骤440中，根据数据传输量、数据开始传输时间点(T1)与数据结束传输时间点(T2)，存储装置控制器120评估存储装置130的本身频宽(亦即本身性能)。例如，频宽评估值＝C/(T2-T1)，其中，C代表数据传输量。
图5显示根据本案一实施例的上行数据处理方法流程图。在此，「上行」是数据从往存储装置130送主机110。图5乃是由存储装置控制器120所执行。
于步骤510中，数据开始从存储装置130(数据来源)而送往主机110(数据目的)，以及，存储装置控制器120将数据开始传输时间点(T3)记录下来。
于步骤520中，存储装置控制器120计数从存储装置130送往主机110的数据传输量(C)。
于步骤530中，数据传输已结束，以及，存储装置控制器120将数据结束传输时间点(T4)记录下来。
于步骤540中，根据数据传输量、数据开始传输时间点(T3)与数据结束传输时间点(T4)，存储装置控制器120评估存储装置130的本身频宽(亦即本身性能)。例如，频宽评估值＝C/(T4-T3)，其中，C代表数据传输量。
例如，如果频宽评估值太低的话，可以通过其他技术手段来加以改善存储装置130的本身频宽(亦即本身性能)。
此外，图4与图5亦可以决定目前是操作于性能模式或维持模式。例如但不受限于，当频宽评估值高于一频宽门槛值时，则判断目前处于爆发模式。当频宽评估值等于或低于该频宽门槛值时，则判断目前处于维持模式。
由上述可知，在本案上述实施例中，通过在维持模式下，延迟通知主机关于指令已完成信息，可以避免指令超时的机会。
由上述可知，在本案上述实施例中，即便是不依靠主机也不依靠其他外接工具的前提下，存储装置控制器120本身即可以评估存储装置130的本身频宽(亦即本身性能)。
虽然本案可能描述了许多具体细节，但这些不应被理解为对所申请发明的范畴限制，而应被视为对特定实施方式的特性的描述。在本案说明中，在单一实施例的上下文中描述的某些特性也可以在单一实施例中以组合方式实施。相反地，也可以将在单一实施例的上下文中描述的各种特性在多个实施例中单独或任何适当子组合中实施。此外，虽然可能最初会将特性描述为在某些组合中起作用，甚至最初会将其说明为这样的组合，但在某些情况下，可以从该组合中删除一个或多个特性，而所说明的组合可能会针对一个子组合或子组合的变化。同样地，虽然在图示中将操作描绘为以特定顺序进行，但这并不应被理解为要求这些操作必须按照显示的特定顺序或顺序进行，或者必须执行所有描绘的操作，以实现期望的结果。
综上所述，虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围以申请专利范围所界定者为准。

Claims (20)

1.一种存储装置，其特征在于，该存储装置包括：
一存储装置控制器，用以接收来自一主机的一指令，以及
一存储单元阵列，耦接至该存储装置控制器，该存储单元阵列用于存储数据，
其中，该存储装置控制器架构成：
判断该存储装置目前是操作于一爆发模式或一维持模式；
于该爆发模式下，回应于该指令的执行完成，告知该主机该指令已完成；以及
于该维持模式下，回应于该指令的执行完成并且于经过一延迟时间，告知该主机该指令已完成。
2.如权利要求1所述的存储装置，其特征在于，根据一备用区块数量是否大于或等于一区块临界数量，该存储装置控制器判断该存储装置目前是操作于该爆发模式或该维持模式。
3.如权利要求2所述的存储装置，其特征在于，
当该备用区块数量小于该区块临界数量时，该存储装置控制器判断该存储装置目前是操作于该维持模式；以及
当该备用区块数量不小于该区块临界数量时，该存储装置控制器判断该存储装置目前是操作于该爆发模式。
4.如权利要求1所述的存储装置，其特征在于，根据检查到该存储装置的一温度是否高于一温度临界值，该存储装置控制器判断该存储装置目前是操作于该爆发模式或该维持模式。
5.如权利要求4所述的存储装置，其特征在于，
当检查到该存储装置的该温度高于该温度临界值时，该存储装置控制器判断该存储装置目前是操作于该维持模式；以及
当检查到该存储装置的该温度不高于该温度临界值时，该存储装置控制器判断该存储装置目前是操作于该爆发模式。
6.如权利要求1所述的存储装置，其特征在于，
当一频宽评估值高于一频宽门槛值时，该存储装置控制器判断该存储装置目前是操作于该爆发模式；以及
当该频宽评估值不高于该频宽门槛值时，该存储装置控制器判断该存储装置目前是操作于该维持模式。
7.如权利要求6所述的存储装置，其特征在于，
根据一数据开始传输时间点、一数据结束传输时间点，以及于该数据开始传输时间点和该数据结束传输时间点之间所传输的一数据量计算出该频宽评估值。
8.一种存储装置的数据处理方法，其特征在于，包括：
一存储装置控制器判断该存储装置目前是操作于一爆发模式或一维持模式；
于该爆发模式下，当一指令执行完成后，该存储装置控制器告知一主机该指令已完成；以及
于该维持模式下，回应于该指令的执行完成并且于经过一延迟时间，该存储装置控制器告知该主机该指令已完成。
9.如权利要求8所述的存储装置的数据处理方法，其特征在于，根据一备用区块数量是否大于或等于一区块临界数量，该存储装置控制器判断该存储装置目前是操作于该爆发模式或该维持模式。
10.如权利要求9所述的存储装置的数据处理方法，其特征在于，
当该备用区块数量小于该区块临界数量时，该存储装置控制器判断该存储装置目前是操作于该维持模式；以及
当该备用区块数量不小于该区块临界数量时，该存储装置控制器判断该存储装置目前是操作于该爆发模式。
11.如权利要求8所述的存储装置的数据处理方法，其特征在于，根据检查到该存储装置的一温度是否高于一温度临界值，该存储装置控制器判断该存储装置目前是操作于该爆发模式或该维持模式。
12.如权利要求11所述的存储装置的数据处理方法，其特征在于，
当检查到该存储装置的该温度高于该温度临界值时，该存储装置控制器判断该存储装置目前是操作于该维持模式；以及
当检查到该存储装置的该温度不高于该温度临界值时，该存储装置控制器判断该存储装置目前是操作于该爆发模式。
13.如权利要求8所述的存储装置的数据处理方法，其特征在于，
当一频宽评估值高于一频宽门槛值时，该存储装置控制器判断该存储装置目前是操作于该爆发模式；以及
当该频宽评估值不高于该频宽门槛值时，该存储装置控制器判断该存储装置目前是操作于该维持模式。
14.如权利要求13所述的存储装置的数据处理方法，其特征在于，
根据一数据开始传输时间点、一数据结束传输时间点以及于该数据开始传输时间点和该数据结束传输时间点之间所传输的一数据量，该存储装置控制器计算出该频宽评估值。
15.一种非瞬时计算机可读取存储介质，其特征在于，该非瞬时计算机可读取存储介质记录至少一程序指令，该至少一程序指令在载入一电子装置后，执行下列步骤：
判断一存储装置目前是操作于一爆发模式或一维持模式；
于该爆发模式下，当一指令执行完成后，告知一主机该指令已完成；以及
于该维持模式下，回应于该指令的执行完成并且于经过一延迟时间，告知该主机该指令已完成。
16.如权利要求15所述的非瞬时计算机可读取存储介质，其特征在于，
根据一备用区块数量是否大于或等于一区块临界数量，判断该存储装置目前是操作于该爆发模式或该维持模式；或者
根据检查到该存储装置的一温度是否高于一温度临界值，判断该存储装置目前是操作于该爆发模式或该维持模式；或者
根据一频宽评估值是否高于一频宽门槛值，判断该存储装置目前是操作于该爆发模式或该维持模式。
17.如权利要求16所述的非瞬时计算机可读取存储介质，其特征在于，
当该备用区块数量小于该区块临界数量时，判断该存储装置目前是操作于该维持模式；以及
当该备用区块数量不小于该区块临界数量时，判断该存储装置目前是操作于该爆发模式。
18.如权利要求16所述的非瞬时计算机可读取存储介质，其特征在于，
当检查到该存储装置的该温度高于该温度临界值时，判断该存储装置目前是操作于该维持模式；以及
当检查到该存储装置的该温度不高于该温度临界值时，判断该存储装置目前是操作于该爆发模式。
19.如权利要求16所述的非瞬时计算机可读取存储介质，其特征在于，
当该频宽评估值高于该频宽门槛值时，判断该存储装置目前是操作于该爆发模式；以及
当该频宽评估值不高于该频宽门槛值时，判断该存储装置目前是操作于该维持模式。
20.如权利要求19所述的非瞬时计算机可读取存储介质，其特征在于，根据一数据开始传输时间点、一数据结束传输时间点以及于该数据开始传输时间点和该数据结束传输时间点之间所传输的一数据量，计算出该频宽评估值。
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