TW201705001A

TW201705001A - 電腦系統及隨機存取記憶體控制方法

Info

Publication number: TW201705001A
Application number: TW104124862A
Authority: TW
Inventors: 傅子瑜
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2015-07-31
Publication date: 2017-02-01

Abstract

本發明係提供一種電腦系統，包括：一中央處理器；一系統記憶體；一儲存裝置，包括：一隨機存取記憶體；一非揮發性記憶體；以及一記憶體控制器，用以控制該非揮發性記憶體之存取，其中，該記憶體控制器更於該隨機存取記憶體上啟用一隨機存取記憶體磁碟，並將該非揮發性記憶體中所儲存之資料複製至該隨機存取記憶體磁碟以進行快速資料存取。

Description

電腦系統及隨機存取記憶體控制方法

本發明係有關於電腦系統，特別是有關於一種隨機存取記憶體控制方法及其電腦系統。

在現今電腦系統所運行的作業系統上使用隨機存取記憶體磁碟(RAM disk)之技術已愈來愈普及。因為隨機存取記憶體有相當短的快速存取時間(約為10ns)，使用者可不用再因為硬碟的磁頭讀寫時間(約為10ms)及固態硬碟的分頁存取時間(約為100μs)而感到存取資料緩慢。然而，隨機存取記憶體磁碟係屬於揮發性儲存裝置，其資料備份往往成為使用者最大的困擾點。若使用者所開啟的隨機存取記憶體磁碟之容量愈大，在開機或關機時往往會造成大量時間的儲存或讀取時間，進而拖垮開關機時的效能。然而隨著儲存裝置介面的演進，現今已可使用PCIe Gen.3x4(4GB/s)的頻寬。因此，在連續存取時間上，固態硬碟已經不再是系統的負擔，但針對隨機存取而言，還是受限於SSD的分頁存取時間。

本發明更提供一種隨機存取記憶體控制方法，用於一電腦系統，該電腦系統包括：一中央處理器；一系統記憶體；以及一儲存裝置，包括一非揮發性記憶體、一隨機存取記憶體、及一記憶體控制器，用以控制該非揮發性記憶體及該隨機存取記憶體之存取，該方法包括：利用該記憶體控制器於該隨機存取記憶體上啟用一隨機存取記憶體磁碟；以及利用該記憶體控制器將該非揮發性記憶體中所儲存之資料複製至該隨機存取記憶體磁碟以進行快速資料存取。

100‧‧‧電腦系統

110‧‧‧中央處理器

120‧‧‧系統記憶體

130‧‧‧平台控制集線器

140‧‧‧儲存裝置

141‧‧‧記憶體控制器

142‧‧‧非揮發性記憶體

143‧‧‧隨機存取記憶體

144‧‧‧隨機存取記憶體磁碟

210‧‧‧第一記憶體空間

220‧‧‧第二記憶體空間

230‧‧‧第三記憶體空間

S310-S320‧‧‧步驟

第1圖係顯示依據本發明一實施例中之電腦系統之方塊圖。

第2A~2B圖係顯示依據本發明一實施例中之記憶體空間分配的示意圖。

第3圖係顯示依據本發明一實施例中之隨機存取記憶體磁碟控制方法的流程圖。

為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

第1圖係顯示依據本發明一實施例中之電腦系統之方塊圖。在一實施例中，電腦系統100包括一中央處理器110、一系統記憶體120、一平台控制集線器(Platform Controller Hub，PCH)130、及一儲存裝置140。儲存裝置140係包括一記憶體控制器141、一非揮發性記憶體142、以及一隨機存取記憶體143，其中記憶體控制器141係支援快捷非揮發性記憶體(Non-volatile Memory Express，NVMe)標準，且非揮發性記憶體142例如是NAND快閃記憶體，隨機存取記憶體143係為動態隨機存取記憶體(例如LPDDR3 DRAM)。另外，中央處理器110及平台控制集線器130之間係透過直接媒體介面(digital media interface，DMI)進行溝通，且平台控制集線器130及儲存裝置140之間係以PCIe匯流排做為溝通橋樑。

在一實施例中，中央處理器110包括一記憶體控制器(未繪示)，用以控制系統記憶體120之資料存取，其中系統記憶體120例如是動態隨機存取記憶體，透過DDR 4匯流排與中央處理器110連接，但本發明並不限於此。

需了解的是，記憶體控制器141在寫入資料至非揮發性記憶體142時均是透過一快閃轉譯層(Flash Translation Layer)，該快閃轉譯層係負責提供檔案系統和在非揮發性記憶體142中之實體資料層之間的對應，使得作業系統仍然可看到與一般傳統硬碟一樣的檔案系統。

第2A~2B圖係顯示依據本發明一實施例中之記憶體空間分配的示意圖。需注意的是，傳統的隨機存取記憶體磁碟係利用系統記憶體，由系統軟體模擬一個儲存裝置控制器以進行控制。本發明中之隨機存取記憶體磁碟係利用儲存裝置140中之隨機存取記憶體143，意即由記憶體控制器141控制於隨機存取記憶體143的隨機存取記憶體磁碟144。因此，在隨機存取記憶體143的隨機存取記憶體磁碟144之I/O均需要透過NVMe之指令去執行。

舉例而言，記憶體控制器141係利用NVMe標準所提供的販售者特定特徵(vendor specific feature)，利用一設定特徵(set feature)指令以啟用隨機存取記憶體143上的隨機存取記憶體磁碟144。更進一步而言，如第2A圖所示，當隨機存取記憶體磁碟尚未啟用時，整個非揮發性記憶體142之記憶體空間係稱為第一記憶體空間210。一般來說，非揮發性記憶體142之容量係遠大於隨機存取記憶體143之容量。當隨機存取記憶體143上的隨機存取記憶體磁碟144啟用後，記憶體控制器141則在隨機存取記憶體143中劃分出一第二記憶體空間220供隨機存取記憶體磁碟144使用。此外，記憶體控制器141更在第一記憶體空間210中劃份出一第三記憶體空間230，專門供隨機存取記憶體磁碟144進行備份之用，如第2B圖所示。

更進一步而言，在非揮發性記憶體142中的第三記憶體空間230係由記憶體控制器141之韌體進行管理，並與隨機存取記憶體磁碟144之第二記憶體空間220中的資料進行同步處理。本發明可透過NVMe標準所支援的設定特徵之指令即可在隨機存取記憶體143上啟用隨機存取記憶體磁碟144，並可視為在記憶體控制器141下的第二個磁碟機，其並不需要電腦系統本身的額外資源去模擬儲存裝置的控制器。此外，記憶體控制器141之韌體可自動進行第二記憶體空間220及第三記憶體空間230之間之資訊的同步處理。使用者僅需將要放置在傳統隨機存取記憶體磁碟的資料路徑指向記憶體控制器141下的第二個磁碟機(即隨機存取記憶體磁碟144)，即可獲得隨機存取記憶體磁碟之快速存取效能。舉例來說，如作業系統經常使用的資料庫檔案，這些檔案往往都是4K位元的倍數，且其資料不連續。若利用非揮發性記憶體142進行存取仍無法避免較長的分頁存取時間，若將此類檔案放入隨機存取記憶體磁碟144中，則可享受到其快速存取的效能。

此外，隨機存取記憶體143中之隨機存取記憶體磁碟144(第二記憶體空間220)與非揮發性記憶體142中之第三記憶體空間230之同步方式可進一步改善非揮發性記憶體142之壽命。舉例來說，作業系統有一個Temp資料夾，在作業系統進行操作時會經常將記錄檔(log file)儲存於此資料夾中。因此，在非揮發性記憶體142中與此資料夾相關的邏輯區塊位址(logical block address，LBA)會有相當頻繁的重複寫入。本發明係可利用隨機存取記憶體磁碟144來取代。再者，若同步方式係採用定時同步，則大部分的資料寫入都是在隨機存取記憶體磁碟144，僅有同步時的最後一次寫入會同時寫入到非揮發性記憶體142。因此，本發明在儲存裝置140中利用其隨機存取記憶體143建立隨機存取記憶體磁碟144以儲存系統檔案可提升非揮發性記憶體142之使用壽命，並且經由韌體進行資料同步，亦不必耗費系統資源。

又，本發明若搭配特定軟體，可進一步達成軟體加速。舉例來說，可由軟體指定特定資料(例如邏輯區塊位址及容量)儲存至隨機存取記憶體143中之隨機存取記憶體磁碟144。因此，在第三記憶體空間230中可以不必存入完整的資料。因此原本在第一記憶體空間210中即有資料，因此不需要再儲存至第三記憶體空間230。記憶體控制器141係利用標記的方式將邏輯區塊位址及容量存入第三記憶體空間230。當儲存裝置140啟動用，記憶體控制器141仍然能依據在第三記憶體空間230所儲存的標記資訊去尋找第一記憶體空間210的資料並將其複製到第二記憶體空間220以進行加速。

第3圖係顯示依據本發明一實施例中隨機存取記憶體磁碟控制方法。在步驟S310，利用記憶體控制器141於隨機存取記憶體143上啟用一隨機存取記憶體磁碟144。在步驟S320，利用記憶體控制器141將非揮發性記憶體142中所儲存之資料複製至隨機存取記憶體磁碟144以進行快速資料存取。

綜上所述，本發明係提供一種電腦系統及用於儲存裝置之隨機存取記憶體磁碟控制方法，其可利用電腦系統中之儲存裝置內建的隨機存取記憶體以建立隨機存取記憶體磁碟，並可將作業系統執行所需的系統檔案或是其他類型之檔案儲存於該隨機存取記憶體磁碟中，以得到快速的存取效能，並可增加儲存裝置中之非揮發性記憶體的使用壽命。

本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。