本發(fā)明涉及固態(tài)存儲(chǔ)器，具體公開(kāi)一種固態(tài)存儲(chǔ)器和內(nèi)存管理方法。

背景技術(shù)：

1、nvme(non?volatile?memory?express，非易失性內(nèi)存主機(jī)控制器接口)over?pcie(peripheral?component?interconnect?express,外部組件互連標(biāo)準(zhǔn))架構(gòu)下的固態(tài)存儲(chǔ)器憑借大容量輸入輸出陣列、多命令管理以及高速并發(fā)傳輸?shù)葍?yōu)勢(shì)占據(jù)了企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)設(shè)備市場(chǎng)的主要地位。但是nvme?over?pcie也面臨著由于x86指令集中規(guī)定基于pcie的內(nèi)存事務(wù)不能直接被主機(jī)高速緩存架構(gòu)直接緩存，從而帶來(lái)的事務(wù)傳輸繁瑣以及長(zhǎng)延時(shí)等固有劣勢(shì)。為了應(yīng)對(duì)該問(wèn)題許多互連協(xié)議被提出，其中cxl(compute?express?link)協(xié)議由于其自身優(yōu)勢(shì)具有解決上述問(wèn)題的潛力。

2、cxl協(xié)議中含有三個(gè)子協(xié)議。cxl.io協(xié)議基于pcie，用于設(shè)備發(fā)現(xiàn)、狀態(tài)報(bào)告、虛擬到物理地址轉(zhuǎn)換和直接內(nèi)存訪問(wèn)。cxl.cache由設(shè)備用來(lái)緩存系統(tǒng)內(nèi)存。cxl.mem使cpu和其他cxl設(shè)備能夠訪問(wèn)設(shè)備內(nèi)存，并將其作為可緩存內(nèi)存。

3、作為計(jì)算機(jī)體系中重要的組成部分，cxl協(xié)議的提出給存儲(chǔ)設(shè)備同樣帶了新的發(fā)展前景，除了將固態(tài)存儲(chǔ)器動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器作為系統(tǒng)內(nèi)存一部分構(gòu)建內(nèi)存池/內(nèi)存共享，同時(shí)計(jì)算互連接口、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器和閃存的結(jié)合也可以作為分層內(nèi)存以及持久內(nèi)存，從而構(gòu)建新的內(nèi)存/存儲(chǔ)產(chǎn)品形態(tài)以部署應(yīng)對(duì)一些nvme?over?pcie固態(tài)存儲(chǔ)器應(yīng)用能力不足的場(chǎng)景，比如人工智能以及機(jī)器學(xué)習(xí)等。

4、相關(guān)技術(shù)中，公開(kāi)了以下內(nèi)存管理方法：首先通過(guò)cxl.io進(jìn)行設(shè)備枚舉以及地址映射(將閃存中用作內(nèi)存的容量映射為內(nèi)存)，主機(jī)通過(guò)cxl.mem協(xié)議對(duì)設(shè)備進(jìn)行寫(xiě)操作：將數(shù)據(jù)寫(xiě)入在設(shè)備動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器中，設(shè)備側(cè)通過(guò)緩存控制器將數(shù)據(jù)在合適的時(shí)間寫(xiě)回到后端介質(zhì)中。主機(jī)通過(guò)cxl.mem協(xié)議對(duì)設(shè)備進(jìn)行讀操作：直接讀取設(shè)備動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器,其過(guò)程類似于cpu結(jié)構(gòu)中的緩存讀取主機(jī)動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，如果該讀取未命中則將從閃存中將對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)讀回到設(shè)備動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器中，從而完讀取數(shù)據(jù)的過(guò)程，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

5、然而，以上內(nèi)存管理方法有以下缺陷：長(zhǎng)延時(shí)問(wèn)題的解決仍然取決于設(shè)備側(cè)的緩存命中率，因此需要進(jìn)行復(fù)雜的算法和硬件設(shè)計(jì)來(lái)降低延時(shí)；為了提升緩存命中率，需要具備具有大的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器容量，引起將具有較大的成本；巨大的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器容量將會(huì)在掉電時(shí)對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的高效刷回帶來(lái)挑戰(zhàn)；該方案相較于nvme?over?pcie固態(tài)存儲(chǔ)器變動(dòng)較大，具有潛在的可靠性問(wèn)題，并且產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)依賴于cxl生態(tài)系統(tǒng)的部署開(kāi)發(fā)。

6、相關(guān)技術(shù)中，還公開(kāi)了以下內(nèi)存管理方法：nvme?over?cxl的讀取操作過(guò)程與使用控制器內(nèi)存緩沖區(qū)的傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案兼容，主機(jī)使用cxl.io發(fā)出nvme命令至nvme?over?cxl模塊，執(zhí)行邏輯到物理地址轉(zhuǎn)換以訪問(wèn)閃存介質(zhì)。nvme?over?cxl控制器也包含一個(gè)動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器控制器，將閃存介質(zhì)的內(nèi)容復(fù)制到指定控制器內(nèi)存緩沖區(qū)的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器中，一旦閃存的內(nèi)容被傳輸?shù)絥vme?over?cxl動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器中，主機(jī)就可以使用cxl.mem協(xié)議直接訪問(wèn)控制器內(nèi)存緩沖區(qū)域。當(dāng)主機(jī)cpu準(zhǔn)備將控制器內(nèi)存緩沖區(qū)域內(nèi)容寫(xiě)回閃存時(shí)，使用cxl.io向nvme?over?cxl控制器發(fā)出nvme寫(xiě)入命令，并指定nvme?over?cxl模塊上的控制器內(nèi)存緩沖區(qū)域地址，nvme?over?cxl控制器將動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)容寫(xiě)到對(duì)應(yīng)閃存中，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

7、然而，以上內(nèi)存管理方法有以下缺陷：由于控制器內(nèi)存緩沖區(qū)域中存儲(chǔ)cq(completion?queue，完成隊(duì)列)、sq(submission?queue,提交隊(duì)列)和prp(physicalregion?page，物理區(qū)域頁(yè))，如果再用作數(shù)據(jù)的緩存，將會(huì)給該區(qū)域帶來(lái)復(fù)雜的管理和調(diào)度問(wèn)題，在控制器內(nèi)存緩沖區(qū)域用作持久內(nèi)存時(shí)，同樣可能會(huì)引起數(shù)據(jù)無(wú)法高效刷回等可靠性問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述問(wèn)題，提出了以便提供克服上述問(wèn)題或者至少部分地解決上述問(wèn)題的一種，包括：

2、一種固態(tài)存儲(chǔ)器和一種內(nèi)存管理方法：

3、一種固態(tài)存儲(chǔ)器，所述固態(tài)存儲(chǔ)器包括計(jì)算互連接口、非易失性內(nèi)存接口控制器、緩存控制器、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器、閃存控制器以及閃存介質(zhì)，其中，所述動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器包括控制器內(nèi)存緩沖區(qū)域和多個(gè)持久內(nèi)存區(qū)域，其中，

4、所述計(jì)算互連接口，用于進(jìn)行設(shè)備枚舉和初始化以及接收并發(fā)送事務(wù)命令、數(shù)據(jù)讀取指令和數(shù)據(jù)寫(xiě)入指令；

5、所述非易失性內(nèi)存接口控制器，與所述計(jì)算互連接口連接，用于將所述數(shù)據(jù)讀取指令和所述數(shù)據(jù)寫(xiě)入指令放置在所述控制器內(nèi)存緩沖區(qū)域；

6、所述緩存控制器，與所述計(jì)算互連接口連接，用于根據(jù)所述數(shù)據(jù)寫(xiě)入指令將預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)寫(xiě)入第一目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域，再經(jīng)由所述閃存控制器將所述第一目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域映射至第一目標(biāo)邏輯塊地址，并將所述第一目標(biāo)邏輯塊地址映射至第一目標(biāo)物理塊地址，將所述預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)從第一目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域?qū)懟厮龅谝荒繕?biāo)物理塊地址，接收并根據(jù)所述數(shù)據(jù)讀取指令，從所述數(shù)據(jù)讀取指令中解析出第二目標(biāo)邏輯塊地址，確定與所述第二目標(biāo)邏輯塊地址對(duì)應(yīng)的第二目標(biāo)物理塊地址，經(jīng)由所述閃存控制器取回所述第二目標(biāo)物理塊地址的數(shù)據(jù)，放置在與所述第二目標(biāo)物理塊地址對(duì)應(yīng)的第二目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域中，供主機(jī)取回該數(shù)據(jù)。

7、可選地，所述動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器中的多個(gè)持久內(nèi)存區(qū)域具有不同的優(yōu)先級(jí)，對(duì)于所述優(yōu)先級(jí)最高的第三目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域，寫(xiě)入所述第三目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域中的數(shù)據(jù)無(wú)需等待直接寫(xiě)回與所述第三目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域?qū)?yīng)的第三目標(biāo)物理塊地址；對(duì)于數(shù)據(jù)所述優(yōu)先級(jí)最低的第四目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域，僅在其它優(yōu)先級(jí)下的持久內(nèi)存區(qū)域均不寫(xiě)回?cái)?shù)據(jù)的情況下，寫(xiě)回所述第四目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域的數(shù)據(jù)；對(duì)于所述優(yōu)先級(jí)在最低與最高之間的第五目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域，在閃存介質(zhì)中執(zhí)行對(duì)應(yīng)任務(wù)的情況下，寫(xiě)回所述第五目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域的數(shù)據(jù)。

8、可選地，所述非易失性內(nèi)存接口控制器，還用于根據(jù)所述事務(wù)命令為所述控制器內(nèi)存緩沖區(qū)域和各所述持久內(nèi)存區(qū)域分別配置一個(gè)命名空間，一個(gè)命名空間對(duì)應(yīng)配置多個(gè)邏輯塊地址，一個(gè)邏輯塊地址對(duì)應(yīng)配置一個(gè)物理塊地址。

9、可選地，根據(jù)所述持久內(nèi)存區(qū)域的優(yōu)先級(jí)，為所述持久內(nèi)存區(qū)域配置的物理塊地址設(shè)置在對(duì)應(yīng)磨損容限級(jí)別的閃存介質(zhì)中。

10、可選地，對(duì)于所述優(yōu)先級(jí)最高的第三目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域，所述第三目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域?qū)?yīng)的閃存介質(zhì)配置為單層單元存儲(chǔ)模式，對(duì)于所述優(yōu)先級(jí)最低的第四目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域以及所述優(yōu)先級(jí)在最低與最高之間的第五目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域，所述第四目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域和所述第五目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域?qū)?yīng)的閃存介質(zhì)均配置為多層單元存儲(chǔ)模式、三層單元存儲(chǔ)模式和四層單元存儲(chǔ)模式中的任意一種模式。

11、可選地，對(duì)于所述優(yōu)先級(jí)最高的第三目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域，所述第三目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域?qū)?yīng)的閃存介質(zhì)配置為單層單元存儲(chǔ)模式，對(duì)于所述優(yōu)先級(jí)在最低與最高之間的第五目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域，所述第五目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域?qū)?yīng)的閃存介質(zhì)配置為多層單元存儲(chǔ)模式，對(duì)于所述優(yōu)先級(jí)最低的第四目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域，所述第四目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域?qū)?yīng)的閃存介質(zhì)配置為三層單元存儲(chǔ)模式或者四層單元存儲(chǔ)模式。

12、可選地，對(duì)于所述優(yōu)先級(jí)最高的第三目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域、所述優(yōu)先級(jí)最低的第四目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域以及所述優(yōu)先級(jí)在最低與最高之間的第五目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域，所述第三目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域、所述第四目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域和所述第五目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域?qū)?yīng)的閃存介質(zhì)均配置為多層單元存儲(chǔ)模式、三層單元存儲(chǔ)模式和四層單元存儲(chǔ)模式中任意一種模式，其中，為所述第三目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域?qū)?yīng)的閃存介質(zhì)配置單層單元存儲(chǔ)模式的緩存器。

13、可選地，在所述固態(tài)存儲(chǔ)器斷電或者收到刷回信息的情況下，根據(jù)所述持久內(nèi)存區(qū)域的優(yōu)先級(jí)從高到低的順序，依次將寫(xiě)入所述持久內(nèi)存區(qū)域的數(shù)據(jù)寫(xiě)回至與所述持久內(nèi)存區(qū)域?qū)?yīng)的物理塊地址。

14、可選地，對(duì)于各所述持久內(nèi)存區(qū)域，按照容量等差遞減方法或者高斯算法，根據(jù)所有持久內(nèi)存區(qū)域的總?cè)萘繉?duì)所述優(yōu)先級(jí)不同的持久內(nèi)存區(qū)域分別配置對(duì)應(yīng)的內(nèi)存容量。

15、一種內(nèi)存管理方法，應(yīng)用于所述固態(tài)存儲(chǔ)器，所述內(nèi)存管理方法包括：

16、利用所述計(jì)算互連接口進(jìn)行設(shè)備枚舉和初始化以及接收并發(fā)送事務(wù)命令、數(shù)據(jù)讀取指令和數(shù)據(jù)寫(xiě)入指令；

17、利用所述非易失性內(nèi)存接口控制器將所述數(shù)據(jù)讀取指令和所述數(shù)據(jù)寫(xiě)入指令放置在所述控制器內(nèi)存緩沖區(qū)域；

18、利用所述緩存控制器根據(jù)所述數(shù)據(jù)寫(xiě)入指令將預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)寫(xiě)入第一目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域，再經(jīng)由所述閃存控制器將所述第一目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域映射至第一目標(biāo)邏輯塊地址，并將所述第一目標(biāo)邏輯塊地址映射至第一目標(biāo)物理塊地址，將所述預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)從第一目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域?qū)懟厮龅谝荒繕?biāo)物理塊地址，接收并根據(jù)所述數(shù)據(jù)讀取指令，從所述數(shù)據(jù)讀取指令中解析出第二目標(biāo)邏輯塊地址，確定與所述第二目標(biāo)邏輯塊地址對(duì)應(yīng)的第二目標(biāo)物理塊地址，經(jīng)由所述閃存控制器取回所述第二目標(biāo)物理塊地址的數(shù)據(jù)，放置在與所述第二目標(biāo)物理塊地址對(duì)應(yīng)的第二目標(biāo)持久內(nèi)存區(qū)域中，供主機(jī)取回該數(shù)據(jù)。

19、本發(fā)明實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)：

20、在本發(fā)明實(shí)施例中，所述固態(tài)存儲(chǔ)器包括計(jì)算互連接口、非易失性內(nèi)存接口控制器、緩存控制器、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器、閃存控制器以及閃存介質(zhì)，其中，所述動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器包括控制器內(nèi)存緩沖區(qū)域和多個(gè)持久內(nèi)存區(qū)域，能夠通過(guò)控制器內(nèi)存緩沖區(qū)域和持久內(nèi)存區(qū)域分離指令和數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與指令的有效隔離。