【专利解密】为缩短垃圾回收最大时延 佰维存储基于SSD剩余空间设置不同策略

【爱集微点评】佰维存储公开的SSD垃圾回收方案，该方案基于SSD剩余空间设置不同的策略进行组合实现垃圾回收，不仅可以平衡主机的写入速率和空间回收速率，还可以有效地缩短GC场景下的最大写时延，从而能够在避免空间耗尽的同时，降低最大时延。

集微网消息，固态硬盘（SSD）由控制单元和存储单元（FLASH芯片、DRAM芯片）组成。其被广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空、导航设备等诸多领域。

目前，在主流的企业级固态硬盘固件开发中，常常面临以下几个重点和难点问题：

1）如何保证启动垃圾回收（GC）的情况下，读写请求的最大时延不超过固定阈值；

2）如何均衡主机写入数据速率和空间释放速率，以保证不会出现空间耗尽的情况；

3）不同的业务模型会导致有效数据分布不均匀，如何根据有效数据进行针对性的垃圾回收。

针对这些问题，目前绝大部分厂商都是优先保证空间第一时间释放，而对该场景下的最大写时延和性能考虑的比较少。为了兼顾这些不同的特性，佰维存储在2022年2月21日申请了一项名为“垃圾回收方法、装置、可读存储介质及电子设备”的发明专利（申请号：202210154235.0），申请人为深圳佰维存储科技股份有限公司。

根据该专利目前公开的相关资料，让我们一起来看看这项技术方案吧。

如上图，为该专利中公开的垃圾回收方法的步骤流程图，首先，接收固态硬盘的垃圾回收请求，该请求主要是待回收数据。其次，根据垃圾回收请求获取固态硬盘的剩余空间信息，并基于剩余空间信息确定垃圾回收策略。最后，判断垃圾回收策略的类型：如果垃圾回收策略为低水位垃圾回收策略，则将待回收数据写入闪存；如果垃圾回收策略为高水位垃圾回收策略，则将待回收数据写入缓存区域。

从上述方案可以知道，该方案通过基于SSD剩余空间启动不同的GC策略：高水位GC策略执行速率快，空间回收慢，且对主机的写入影响较小；而低水位GC策略执行速率慢，空间回收快，且对host写入影响较大。这种基于SSD剩余空间将两种策略进行组合实现垃圾回收，不仅可以平衡主机的写入速率和空间回收速率，还可以有效地缩短GC场景下的最大写时延，从而能够在避免空间耗尽的同时，降低最大时延。

如上图，为该专利中的垃圾回收装置的结构示意图，该装置包括有：请求接收模块、信息获取模块、策略确定模块以及数据写入模块。请求接收模块用于接收固态硬盘的垃圾回收请求；信息获取模块根据垃圾回收请求获取固态硬盘的剩余空间信息；策略确定模块用于基于剩余空间信息确定垃圾回收策略；数据写入模块用于判断垃圾回收策略的类型，并执行不同的写入任务。

如上图，为上述垃圾回收方法中的垃圾回收示意图，该步骤可以将待回收数据写入缓存区域。在执行该步骤时，系统需要获取待回收数据的逻辑地址（LAA），接着判断缓存区域是否存在变化，且缓存区域中是否存在逻辑地址。如果都不存在，则将待回收数据写入缓存区域；如果都存在或者只存在其中之一，则丢弃待回收数据。

以上就是佰维存储公开的SSD垃圾回收方案，该方案基于SSD剩余空间设置不同的策略进行组合实现垃圾回收，不仅可以平衡主机的写入速率和空间回收速率，还可以有效地缩短GC场景下的最大写时延，从而能够在避免空间耗尽的同时，降低最大时延。

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（校对/赵月）