CN114637693B 存储器系统及控制方法 （铠侠股份有限公司）

本发明的一个实施方式提供能够削减所需制器从主机接收用于向第1区顺序写入数据的第1命令。在存在被分配了第1区的第1缓冲器的情在第1缓冲器而且存在空闲的缓冲器的情况下，控制器将第1区分配至空闲的缓冲器，向被分配第1缓冲器而且不存在空闲的缓冲器的情况下，控制器向多个缓冲器之中的为了保存数据的最后更新最早的缓冲器追加分配第1区，向被追加2控制器，构成为与所述非易失性存储器电连接，使用由非易规范NVMexpress规定的被分割为多个区的分区命名空间，对所述非易失性存储器进行控根据从主机接收到用于向所述多个区之中的第1区顺序写入数据且与第1数据建立了在所述多个缓冲器之中存在被分配了所述第1区的第1缓冲器的情况下，向所述第1缓在所述多个缓冲器之中不存在所述第1缓冲器，而且所述多个缓冲器之中存在未被分在所述多个缓冲器之中不存在所述第1缓冲器，而且所述多个缓冲器之中不存在未被最早的缓冲器追加分配所述第1区，向被追加分配了所述第1区的所述缓冲器保存所述第1对履历信息进行管理，该履历信息表示所述多个缓冲器为了保存数据而被更新的顺在所述多个缓冲器之中不存在所述第1缓冲器，而且所述多个缓冲器之中不存在未被在所述多个缓冲器之中的第2缓冲器中保存着与所述多个区之中的第2区建立了关联且所述第2数据的大小为向所述非易失性存储器的写入单位以上在所述第2缓冲器中维持了所述第3数据的状态下，从所述第2缓冲器提取所述第2数向被分配给所述第2区的所述非易失性存储器内的存储区域，写入提取的所述第2数在所述多个缓冲器之中的作为满状态的第3缓冲器中保存着与所述多个区之中的第4区建立了关联的第4数据、以及与所述多个区之中的不同于所述第4区的第5区建立了关联3在所述第3缓冲器中维持了所述第5数据的状态下，从所述第3缓冲器提取所述第4数向被分配给所述第4区的所述非易失性存储器内的存储区域，写入提取的所述第4数所述多个缓冲器各自包含：先进先出缓冲器、用于向所述先进先出在从所述第2缓冲器的所述先进先出缓冲器能够读取的下一数据是所述第3数据的情动作、以及将所述读取的所述第3数据写回至所述第2缓冲器的所述先进先出缓冲器的动在从所述第2缓冲器的所述先进先出缓冲器能够读取的所述下一数据是所述第2数据所述非易失性存储器包含多个块，该多个块各自包含多个页，所述多所述第1命令是在所述非易失性内存主机控制器接口规范NVMexpress中规定的区附所述第1命令是在所述非易失性内存主机控制器接口规范NVMexpress中规定的地址对数量比所述多个区的数量少的多个缓冲器从主机接收用于向所述多个区之中的第1区顺序写入数据且与第1数据建立了关联的在所述多个缓冲器之中存在被分配了所述第1区的第1缓冲器的情况下，向所述第1缓在所述多个缓冲器之中不存在所述第1缓冲器，而且所述多个缓冲器之中存在未被分在所述多个缓冲器之中不存在所述第1缓冲器，而且所述多个缓冲器之中不存在未被4最早的缓冲器追加分配所述第1区，向被追加分配了所述第1区的所述缓冲器保存所述第1在所述多个缓冲器之中的第2缓冲器中保存着与所述多个区之中的第2区建立了关联在所述多个缓冲器之中的作为满状态的第3缓冲器中保存着与所述多个区之中的第4区建立了关联的第4数据、以及与所述多个区之中的不同于所述第4区的第5区建立了关联5[0002]本申请以日本专利申请2020-207741号(申请日：2020年12月15日)作为在先申请[0003]本发明的实施方式涉及具备非易失性存储器的存储器系统及非易失性存储器的[0005]作为用于像SSD那样的存储器系统与主机之间的通信的逻辑性的接口的规范，已性存储器电连接，使用由非易失性内存主机控制器接口规范NVMexpress规定的被分割为述第1命令是用于向多个区之中的第1区顺序写入数据的命令。控制器根据接收到第1命令个缓冲器之中不存在第1缓冲器，而且多个缓冲器之中不存在未被分配任何区的空闲的缓冲器的情况下，向多个缓冲器之中的为了保存数据的最后更新最早的缓冲器追加分配第16[0016]图7A是表示在实施方式所涉及的存储器系统中执行的缓冲处理的第一个处理的[0017]图7B是表示在实施方式所涉及的存储器系统中执行的缓冲处理的第二个处理的[0018]图7C是表示在实施方式所涉及的存储器系统中执行的缓冲处理的第三个处理的[0019]图7D是表示在实施方式所涉及的存储器系统中执行的缓冲处理的第四个处理的[0020]图8A是表示在实施方式所涉及的存储器系统中执行的超越处理的第一个处理的[0021]图8B是表示在实施方式所涉及的存储器系统中执行的超越处理的第二个处理的[0022]图8C是表示在实施方式所涉及的存储器系统中执行的超越处理的第三个处理的[0023]图8D是表示在实施方式所涉及的存储器系统中执行的超越处理的第四个处理的[0024]图8E是表示在实施方式所涉及的存储器系统中执行的超越处理的第五个处理的[0026]图10是表示在实施方式所涉及的存储器系统中执行的数据/缓冲器分配处理的过[0029]1……信息处理系统，2……主机，3……SSD，4……控制器，[0031]图1是表示包含实施方式所涉及的存储器系统的信息处理系统1的构成例的框7[0032]存储器系统是构成为向非易失性存储器写入数据并从非易失性存储器读取数据[0034]主机2是构成为对SSD3进行控制的信息处理装置。主机2的例子包含个人计算机、[0035]主机2包含处理器101和存储器102。处理器101是构成为对主机2内的各组件的动连接的其他存储设备或者从SSD3加载到存储器102中的软件(主机软件)。主机软件包含操(SQ)以及与该一个以上的子任务队列(S接收表示已完成的命令的状态的命令完成的队[0040]该NVMe规范的接口包含经由PCIexpressTM(PCIeTM)总线的接口(NVMeover[0045]NAND型闪存5包含存储器单元阵列，该存储器单元阵列包含以矩阵状配置的多个[0046]NAND型闪存5的存储器单元阵列包含多个块BLK0～BLKx-1。块BLK0～BLKx-1各自8[0048]控制器4通过对NAND型闪存5进行控制，对数据写入动作和数据读取动作进行控读取由主机2请求的读取对象数据。控制器4经由依据ToggleNAND(切换NAND)闪存接口或作为构成为对NAND型闪存5进行控制的存储器控[0049]控制器4可以作为构成为执行NAND型闪存5的数据管理及块管理的闪存转换层[0050]由FTL执行的数据管理包含(1)表示各个逻辑地址与NAND型闪存5的各个物理地址写动作和块单位的删除动作)的处理等。与某逻辑地址对应的物理地址表示被写入了与该[0055]控制器4例如可以对NAND型闪存5内的多个存储区域(物理存储区域)中的各个存存5中包含的多个块之中的至少一个块分配为一个区用的物理[0056]在控制器4从主机2接收了请求向特定的区写入数据的命令的情况下，控制器4向被分配给通过所接收的命令被指定的区即该特定的区的、NAND型闪存5内的特定的物理存[0059]SSD3的控制器4对与多个区分别对应的多个写指针进行管理。各写指针表示与该对应的写指针的值增加与被写入了数据的逻辑块的9[0061]在区1为不包含有效数据的空状态的情况下，与区1对应的写指针表示作为区1的区开始逻辑块地址的LBAm。在通过用于向区1写入数据的命令被指定的写入目的地位置[0063]主机接口11是构成为执行与主机2的通信的主机接口电路。主机接口11例如是机构是用于从主机2的存储器102上存在的多个子任务队列中选择应该获取命令的子任务[0065]主机接口11从主机2接收(获取)各种命令。这些命令包含由NVMe规范规定的分区主机2能够使用分区命名空间对SSD3进行被写入的区以及该区内的写入目的地位置(开始LBA)这双方进行指定。地址特定写命令的中包含的开始LBA的高位比特部作为与该写命令建立了关联的写数据应该被写入的区的[0069]在通过请求向区1写入的写命令被指定的开始LBA不等于区1的写指针所表示的[0070]主机2在向SSD3发行了请求向某区写入的写命令的情况下，直到从SSD3接收与该[0072]区附加命令与写命令同样是用于将应该写入的数据(用户数据)向NAND型闪存5写[0073]由SSD3的控制器4以该区内的写入被顺序执行的方式自动地决定区内的写入目的数据应该被写入的区的最小LBA的区开始逻辑块地址(ZSLBA)、该数据的大小(应该被写入2通知与所接收的区附加命令建立了关联的数据被写入的L[0077]NAND接口13是构成为在CPU12的控制之下对NAND型闪存5进行控制的NAND控制器。在NAND型闪存5由多个NAND型闪存芯片(NAND型闪存颗粒)构成的情况下，NAND接口13也可以经由多个通道(Ch)而与这些NAND型闪~#q例如是SRAM(静态随机存取存储器(StaticRandomAccessMemory))。缓冲器#0～#q[0079]缓冲器#0～#q的数量可以被设定为比分区命名空间中包含的区的数量少的数各个缓冲器#0～#q被用于临时地保存应该向[0081]DRAM6的存储区域的一部分也可以作为存储L2P表31及缓冲器更新履历表32的区[0082]DMAC15在CPU12的控制之下，执行主机2的存储器102与各个缓冲器#0～#q之间的[0083]在应该向NAND型闪存5写数据时，ECC编码/解码部17通过对数据(应该写入的数[0085]CPU12能够作为数据/缓冲器分配控制部21及数据/区分配控制部22发挥功能。上述数据/缓冲器分配控制部21及数据/区分配控制部22各自的一部分或者全部也可以由控[0086]在控制器4从主机2接收了区附加命令时，数据/缓冲器分配控制部21决定为了临时地保存与所接收的区附加命令建立了关联的数据而应该被使用的缓冲器(保存目的地缓且能够使应该向相同的区写入的数据被保存至相同的缓冲器，数据/缓冲器分配控制部21[0087]在缓冲器#0～#q之中不存在已经被分配了通过所接收的区附加命令指定的区的据向被决定作为保存目的地缓冲器的该空闲的缓[0088]在缓冲器#0～#q之中存在已经被分配了通过所接收的区附加命令指定的区的缓数据/缓冲器分配控制部21从主机2的存储器102取得与所接收的区附加命令建立了关联的了通过所接收的区附加命令指定的区的缓冲器的情况下，数据/缓冲器分配控制部21在缓[0090]数据/区分配控制部22选择(i)缓冲器#0～#q的某一个中保存的数据的总大小成为向NAND型闪存5的写入单位(以后简称为写入单位)以上的区、或者(ii)所对应的数据保存在满状态的缓冲器中的全部区之中所对应的数据的总大小最大的区，作为清空(flush)q之中的某一个缓冲器中积蓄了与该缓冲器大小相应的量的数据，则该缓冲器成为满状态区的数据的总大小成为写入单位以上的情况下，数据/区分配控制部22选择该区作为清空变满的情况。在该情况下，数据/区分配控制部22在该满状态的缓冲器中保存的全部区之[0096]在选择了清空对象区之后，数据/区分配控制部22从保存了所选择的清空对象区[0097]为了实现在缓冲器中维持了清空对象区以外的其他区的数据的状态下仅提取清据的总大小成为写入单位以上的情况下，数据/区分配控制部22判断从该FIFO缓冲器能够[0100]在从FIFO缓冲器能够读取的下一数据是清空对象区以外的其他区的数据的情况下，数据/区分配控制部22执行用于将其他区的数据写回至FIFO缓冲器的处理。在该情况下，数据/区分配控制部22在使FIFO缓冲器的回环路径有效的状态下执行针对FIFO缓冲器的数据的动作以及将读取的该其他区的数据[0101]在从FIFO缓冲器能够读取的下一数据是清空对象区的数据的情况下，数据/区分[0102]直到从该FIFO缓冲器读取清空对象区的全部数据为止，数据/区分配控制部22根执行在FIFO缓冲器中维持了比清空对象区的数据更早的数据的状态下仅将清空对象区的区的数量相同的缓冲器的缓冲处理，作为在比较例所涉及的存储器系统(SSD)中执行的缓向缓冲器#1保存。如果在缓冲器#0～#k之中的某一个缓冲器中积蓄了规定量以上的数据，则开始向与该某一个缓冲器对应的区进行顺序[0109]在图4所示的比较例的缓冲处理中，需要数量与区的数量相同的缓冲器，因此在[0110]接下来，说明采用了简单地减少在SSD内应该准备的缓冲器的数量的构成的情况区的数据向NAND型闪存写入的第1方法、以及等待直到规定量的数据被积蓄在缓冲器中再主机2接收了指定区0～3以外的区(例如区#k)的区附加命令的情况下，需要针对缓冲器#0~#3的某一个中保存的数据执行清空处理。数据被写入至对区0分配的NAND型闪存[0119]缓冲器#0包含先进先出(FIFO)缓冲器201、清空(flush)控制部202和分配管理表[0120]各个FIFO缓冲器201～231被用于临时地保存应该向区0～7之中的任意的一个以上的区写入的数据。各个FIFO缓冲器201～231可以作为带超越控制功能的FIFO缓冲器实[0121]各个清空控制部202～232与数据/区分配控制部22共同执行用于将FIFO缓冲器中缓冲器#0～#3分别包含的FIFO缓冲器201～231之中的任意的一个FIFO缓冲器中保存的一~#3分别包含的FIFO缓冲器201～231之中的某FIFO缓冲器变满的情况下被执行。也就是对应的数据的总大小最大的区的数据被写入至NAND[0123]各个清空控制部202～232可以判断缓冲器#0～#3之中的对应的缓冲器是否满足数据的总大小为写入单位以上的条件的情况下，该缓冲器被判断为满足了清空开始条件。缓冲器#0～#3各自的状态与缓冲器#0～#3所包含的FIFO缓冲器201～231各自的状态是相冲器201～231是否满足清空条件来执行。以下，主要例示各个清空控制部202～232判断[0126]各个分配管理表203～233是用于对被分配至对应的FIFO缓冲器的一个以上的区据/缓冲器分配控制部21将与所接收的区附加命令建立了关联的数据向缓冲器#0的FIFO缓[0129]在控制器4从主机2接收了指定别的特定的区的新的区附加命令的情况下，数据/数据应该被保存至的保存目的地缓冲器。数据/缓冲器分配控制部21向缓冲器#1分配该别器更新履历管理表32保存表示为了保存数据而最后更新的缓冲器的信息(在此为表示缓冲[0130]像这样，4个区被分别分配至4个缓冲器#0～#3、也就是说4个FIFO缓冲器201~[0131]在控制器4从主机2接收了指定已经被分配至缓冲器#0～#3中的某一个缓冲器的特定的区的区附加命令的情况下，数据/缓冲器分配控制部21将与所接收的区附加命令建附加命令的情况下，数据/缓冲器分配控制部21将与该所接收的区附加命令建立了关联的历管理表32保存表示为了保存数据而最后更新的缓冲器的信息(在此为表示缓冲器#0的标[0133]在控制器4从主机2接收了指定与已经被分配至4个缓冲器#0～3的4个区不同的新定为了保存数据的最后更新最早的缓冲器。数据/缓冲器分配控制部21向该被决定的缓冲器分配控制部21向缓冲器更新履历管理表32保存表示为了保存数据而最后更新的缓冲器[0136]在FIFO缓冲器201～231的某一个满足了清空开始条件的情况下，数据/区分配控制部22在该FIFO缓冲器中维持了该FIFO缓冲器中保存的除了清空对象区以外的区的数据在针对清空对象区的写入动作中，数据/区分配控制部22首先决定被分配给清空对象区的与这些区附加命令建立了关联的数据按照与这些区附加命令被发行的顺序相同的顺序配[0141]数据/缓冲器分配控制部21将通过这些所接收的区附加命令被指定的最初的四个后，数据/缓冲器分配控制部21向缓冲器更新履历表32追加表示为了保存数据而最后更新[0143]控制器4从主机2接收指定区1的第二个区附加命令。由于已经对缓冲器#0分配了建立了关联的数据用的保存目的地缓冲器。数据/缓冲器分配控制部21从主机2的存储器据而最后更新的缓冲器的标识符与向缓冲器更新履历表32最后追加的缓冲器的标识符不分配控制部21从主机2的存储器102取得与指定区0的第一个区附加命令建立了关联的数据配控制部21向缓冲器更新履历表32追加表示为了保存数据而最后更新的缓冲器的信息(在[0146]控制器4从主机2接收指定区0的第二个区附加命令。区0已因此数据/缓冲器分配控制部21将缓冲器#1，决定作为与指定区0的第二个区附加命令建立了关联的数据用的保存目的地缓冲器。数据/缓冲器分配控制部21从主机2的存储器102取得与指定区0的第二个区附加命令建立了关联的数据即“zone0-D2”，并将所取得的数据[0147]控制器4从主机2接收指定区0的第三个区附加命令。区0已因此数据/缓冲器分配控制部21将缓冲器#1，决定作为与指定区0的第三个区附加命令建立了关联的数据用的保存目的地缓冲器。数据/缓冲器分配控制部21从主机2的存储器102取得与指定区0的第三个区附加命令建立了关联的数据即“zone0-D3”，并将所取得的数据分配控制部21从主机2的存储器102取得与指定区3的第一个区附加命令建立了关联的数据配控制部21向缓冲器更新履历表32追加表示为了保存数据而最后更新的缓冲器的信息(在控制部21从主机2的存储器102取得与指定区4的第一个区附加命令建立了关联的数据即控制部21向缓冲器更新履历表32追加表示为了保存数据而最后更新的缓冲器的信息(在此为表示缓冲器#3的标识符)。冲器分配控制部21通过执行与图7A中说明的过程同样的过程，将与指定区1的区附加命令[0155]因此，数据/缓冲器分配控制部21向为了保存数据的最后更新最早的缓冲器即缓部21向缓冲器更新履历表32追加表示为了保存数据而最后更新的缓冲器的信息(在此为表为与指定区2的第二个区附加命令建立了关联的数据的保存目的地缓冲器。数据/缓冲器分配控制部21从主机2的存储器102取得与指定区2的第二个区附加命令建立了关联的数据即[0163]因此，数据/缓冲器分配控制部21向为了保存数据的最后更新最早的缓冲器即缓部21向缓冲器更新履历表32追加表示为了保存数据而最后更新的缓冲器的信息(在此为表数据/缓冲器分配控制部21向缓冲器更新履历表32追加表示为了保存数据而最后更新的缓[0170]数据/区分配控制部22从缓冲器#1选择清空对象区，从缓冲器#1中保存的全部数建立了关联的数据的总大小最大的区。因此，数据/区分配控制部22将区0决定作为清空对象区。据/区分配控制部22进行控制以使与清空对象区以外的区建立了关联的数据被维持在缓冲决定写入目的地的区，并向所决定的写入目的地的区(在此为区0)顺序写入数据“zone0-入选择器211D和输出选择器211E。回环路径211C是对FIFO缓冲器211的输出端口211B与FIFO缓冲器211的输入端口211A进行连接的路径。输入选择器211D及输出选择器211E是用方，将选择的外部输入或者回环路径211C中的某一方与输入端口211A连接。输出选择器[0178]数据/区分配控制部22在从FIFO缓冲器211能够读取的下一数据、即FIFO缓冲器211内的最早的数据是清空对象区以外的区的数据的情况下，通过对输入选择器211D和输器211保存新的数据，而对输入选择器211D进行控制来将输入端口211A与外部输入的连接[0181]数据/区分配控制部22判断从FIFO缓冲器211能够读取的下一数据是否为清空对配控制部22对输出选择器211E进行控制来使回环路径211C无效，将输出端口211B与外部输[0189]数据/区分配控制部22对在FIFO缓冲器211之中未残留清空对象区的数据的情况[0190]通过在此说明的超越处理，数据/区分配控制部22从缓冲器#1仅提取清空对象区[0193]该命令处理是用于执行向分区命名空间的多个区之中的任意的区顺序写入数据骤S12中决定的保存目的地缓冲器的标识符，作为表示为了保存数据而最后更新的缓冲器[0196]控制器4判断某缓冲器是否已满，或者在某缓冲器中某区的数据的总大小是否成[0199]控制器4通过数据/区分配控制部22，决定在步骤S15中提取的数据的写入目的地的物理存储区域(步骤S16)。写入目的地的物理存储区域是被分配给所决定的清空对象区[0201]如果清空对象区的数据被写入至NAND型闪存5内的特定的存储区域，则与被写入入至NAND型闪存5之前等待进行命令完成的发送。仅在所接收的区附加命令中包含的强制制器4可以在与所接收的区附加命令建立了关联的数据被写入至NAND型闪存5之前不进行关联的数据被写入的区内的写入目的地位置(L[0202]图10是表示实施方式所涉及的数据/缓冲器分配处理的过程的流程图。在此说明[0204]数据/缓冲器分配控制部21通过参照多个缓冲器各自中设置的分配管理表，判断[0205]在不存在已经被分配了通过所接收的区附加命令指定的区的缓冲器的情况下(步器分配控制部21参照缓冲器更新履历表32，决定为了保存数据的最后更新最早的缓冲器。保存目的地缓冲器是与所接收的区附加命令建立了关联的数据应[0207]数据/缓冲器分配控制部21向保存目的地缓冲器分配通过步骤S11中接收的区附骤S11中接收的区附加命令建立了关联的数据，并将所取得的数据向被决定的保存目的地[0210]数据/缓冲器分配控制部21向保存目的地缓冲器分配通过步骤S11中接收的区附[0212]在存在已经被分配了通过步骤S11中接收的区附加命令而指定的区的缓冲器的情[0215]在某缓冲器(FIFO缓冲器)满足了清空开始条件的情况下，数据/区分配控制部22[0216]数据/区分配控制部22判断：与从满足清空开始条件的FIFO缓冲器应该读取的下[0217]在与下一能够读取的数据建立了关联的区不是清空对象区的情况下(步骤S32：区分配控制部22在该FIFO缓冲器的输入端口和输出端口与回环侧连接了的情况下进行控[0219]数据/区分配控制部22从FIFO缓冲器读取下一能够读取的数据(步骤S35)。数据/区分配控制部22判断在FIFO缓冲器中保