Cosmos OpenSSD--greedy_ftl1.2.0（三）

我们来假设模拟一个小型的模型来分析写和垃圾回收的过程

假设只有一个die，4个block，每个block4个page，每个page8KB

那么PageMap就是Page[0][0]到Page[0][15]

BlockMap就是Block[0][0]到Block[0][3]

GcMap就是GC[0][0]到GC[0][4]

那么最初就会如下图：第零块用来保留元数据，最后一块保留作为垃圾回收合并块

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接下来从上层来了数据，黄色部分表示更改的数据，红色部分表示更新的数据，最左侧是流程

在这里，lpn0的内容作为page缓存留在SDRAM里面，只把lpn1的内容存入flash

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接下来更改的数据缓存命中了，所以lpn0的内容直接在SDRAM里面修改，此时数据末尾刚好占据了一个页，所以直接存入flash，并把之前的保存页无效，此时GC表开始变化

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接下来依旧缓存命中，但是请求最后一页并不是完整的一页，于是先预读出其中的内容，修改之后寻找新页再保存进flash

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这一次的缓存并没有命中，所以先把SDRAM里面的内容flush进SDRAM里面，因为请求并不满足一页，所以执行read-modify-write，此时lpn1作为新的page缓存，并不直接存进flash而是保留在SDRAM中

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缓存依旧不命中，此时block1已经没有页面可用了，于是找到了下一个空闲block，先flush，然后更新page缓存，将lpn1的内容存入flash

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接下来缓存不命中，并且消耗掉了所有的页面，于是lpn3的内容无处存取，引发垃圾回收操作

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垃圾回收操作的依据是元数据的更新，因此我们来看元数据更新的代码

 void UpdateMetaForOverwrite(u32 lpn)
 {
     pageMap = (struct pmArray*)(PAGE_MAP_ADDR);
     blockMap = (struct bmArray*)(BLOCK_MAP_ADDR);
     gcMap = (struct gcArray*)(GC_MAP_ADDR);

     u32 dieNo = lpn % DIE_NUM;
     u32 dieLpn = lpn / DIE_NUM;

     if(pageMap->pmEntry[dieNo][dieLpn].ppn != 0xffffffff)
     {
         // GC victim block list management
         u32 diePbn = pageMap->pmEntry[dieNo][dieLpn].ppn / PAGE_NUM_PER_BLOCK;

         // unlink
         if((blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].nextBlock != 0xffffffff) && (blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].prevBlock != 0xffffffff))
         {
             blockMap->bmEntry[dieNo][blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].prevBlock].nextBlock = blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].nextBlock;
             blockMap->bmEntry[dieNo][blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].nextBlock].prevBlock = blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].prevBlock;
         }
         else if((blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].nextBlock == 0xffffffff) && (blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].prevBlock != 0xffffffff))
         {
             blockMap->bmEntry[dieNo][blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].prevBlock].nextBlock = 0xffffffff;
             gcMap->gcEntry[dieNo][blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].invalidPageCnt].tail = blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].prevBlock;
         }
         else if((blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].nextBlock != 0xffffffff) && (blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].prevBlock == 0xffffffff))
         {
             blockMap->bmEntry[dieNo][blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].nextBlock].prevBlock = 0xffffffff;
             gcMap->gcEntry[dieNo][blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].invalidPageCnt].head = blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].nextBlock;
         }
         else
         {
             gcMap->gcEntry[dieNo][blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].invalidPageCnt].head = 0xffffffff;
             gcMap->gcEntry[dieNo][blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].invalidPageCnt].tail = 0xffffffff;
         }

 //            xil_printf("[unlink] dieNo = %d, invalidPageCnt= %d, diePbn= %d, blockMap.prevBlock= %d, blockMap.nextBlock= %d, gcMap.head= %d, gcMap.tail= %d\r\n", dieNo, blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].invalidPageCnt, diePbn, blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].prevBlock, blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].nextBlock, gcMap->gcEntry[dieNo][blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].invalidPageCnt].head, gcMap->gcEntry[dieNo][blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].invalidPageCnt].tail);

         // invalidation update
         pageMap->pmEntry[dieNo][pageMap->pmEntry[dieNo][dieLpn].ppn].valid = ;
         blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].invalidPageCnt++;

         // insertion
         if(gcMap->gcEntry[dieNo][blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].invalidPageCnt].tail != 0xffffffff)
         {
             blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].prevBlock = gcMap->gcEntry[dieNo][blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].invalidPageCnt].tail;
             blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].nextBlock = 0xffffffff;
             blockMap->bmEntry[dieNo][gcMap->gcEntry[dieNo][blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].invalidPageCnt].tail].nextBlock = diePbn;
             gcMap->gcEntry[dieNo][blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].invalidPageCnt].tail = diePbn;
         }
         else
         {
             blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].prevBlock = 0xffffffff;
             blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].nextBlock = 0xffffffff;
             gcMap->gcEntry[dieNo][blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].invalidPageCnt].head = diePbn;
             gcMap->gcEntry[dieNo][blockMap->bmEntry[dieNo][diePbn].invalidPageCnt].tail = diePbn;
         }
     }
 }

其实从上面的写过程分析，我们可以大概了解到GC表其实就是把有相同无效页的block串联在一起

我们假设从block1到block7，其中无效页最终分别为100,120,110,100,110,120,100

当block1进行完之后，GC[0][100].head=1　　GC[0][100].tail=1

当block2的无效页也到达100的时候，分析代码可知，GC[0][100].head=1　　GC[0][100].tail=2，而且block1和block2会链接起来，但是block2的无效页会继续增加，于是当他的无效页增加的时候，block1和block2又会断开，指向无效的0xffffffff，而block2执行完毕之后GC[0][120].head=2　　GC[0][120].tail=2.

只有当block4和block7的无效页最终停在100的时候，block1↔block4↔block7

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既然已经了解GC表表示的什么意思，那么再看垃圾回收操作的代码就简单多了

 u32 GarbageCollection(u32 dieNo)
 {
     xil_printf("GC occurs!\r\n");

     pageMap = (struct pmArray*)(PAGE_MAP_ADDR);
     blockMap = (struct bmArray*)(BLOCK_MAP_ADDR);
     dieBlock = (struct dieArray*)(DIE_MAP_ADDR);
     gcMap = (struct gcArray*)(GC_MAP_ADDR);

     int i;
     for(i=PAGE_NUM_PER_BLOCK ; i> ; i--)　　　　　　//从无效页大的开始回收
     {
         if(gcMap->gcEntry[dieNo][i].head != 0xffffffff)　　//拥有这么多无效页的块存在的话，取出一块进行回收
         {
             u32 victimBlock = gcMap->gcEntry[dieNo][i].head;    // GC victim block

             // link setting
             if(blockMap->bmEntry[dieNo][victimBlock].nextBlock != 0xffffffff)　　//更新GC链表
             {
                 gcMap->gcEntry[dieNo][i].head = blockMap->bmEntry[dieNo][victimBlock].nextBlock;
                 blockMap->bmEntry[dieNo][blockMap->bmEntry[dieNo][victimBlock].nextBlock].prevBlock = 0xffffffff;
             }
             else
             {
                 gcMap->gcEntry[dieNo][i].head = 0xffffffff;
                 gcMap->gcEntry[dieNo][i].tail = 0xffffffff;
             }

             // copy valid pages from the victim block to the free block
             if(i != PAGE_NUM_PER_BLOCK)　　　　//如果整个块都是无效页就直接擦除就行了
             {
                 int j;
                 for(j= ; j<PAGE_NUM_PER_BLOCK ; j++)　　//
                 {
                     if(pageMap->pmEntry[dieNo][(victimBlock * PAGE_NUM_PER_BLOCK) + j].valid)
                     {
                         // page copy process
                         u32 validPage = victimBlock*PAGE_NUM_PER_BLOCK + j;
                         u32 freeBlock = dieBlock->dieEntry[dieNo].freeBlock;　　//最开始有预留一个块
                         u32 freePage = freeBlock*PAGE_NUM_PER_BLOCK + blockMap->bmEntry[dieNo][freeBlock].currentPage;

                         WaitWayFree(dieNo % CHANNEL_NUM, dieNo / CHANNEL_NUM);
                         SsdRead(dieNo % CHANNEL_NUM, dieNo / CHANNEL_NUM, validPage, GC_BUFFER_ADDR);　　　　//将一个块里面的有效页读取到BUFFER里面
                         WaitWayFree(dieNo % CHANNEL_NUM, dieNo / CHANNEL_NUM);
                         SsdProgram(dieNo % CHANNEL_NUM, dieNo / CHANNEL_NUM, freePage, GC_BUFFER_ADDR);　　//有效数据写入

                         // pageMap, blockMap update
                         u32 lpn = pageMap->pmEntry[dieNo][validPage].lpn;

                         pageMap->pmEntry[dieNo][lpn].ppn = freePage;　　　　　　//更新页映射信息
                         pageMap->pmEntry[dieNo][freePage].lpn = lpn;
                         blockMap->bmEntry[dieNo][freeBlock].currentPage++;
                     }
                 }
             }

             // erased victim block becomes the free block for GC migration
             EraseBlock(dieNo, victimBlock);
             blockMap->bmEntry[dieNo][victimBlock].free = ;

             u32 currentBlock = dieBlock->dieEntry[dieNo].freeBlock;
             dieBlock->dieEntry[dieNo].freeBlock = victimBlock;　　　　　　//将刚擦出的块作为新的freeblock

             return currentBlock;    // atomic GC completion
         }
     }

     // no free space anymore
     assert(!"[WARNING] There are no free blocks. Abort terminate this ssd. [WARNING]");
     return ;
 }