特開 2024-176734 メモリシステム、情報処理装置、情報処理システムおよびデータの再配置方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024176734

(43)【公開日】2024-12-19

(54)【発明の名称】メモリシステム、情報処理装置、情報処理システムおよびデータの再配置方法

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/06 20060101AFI20241212BHJP

   G06F 3/08 20060101ALI20241212BHJP

   G06F 16/11 20190101ALI20241212BHJP

【ＦＩ】

G06F3/06 302J

G06F3/06 301K

G06F3/08 H

G06F16/11

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023095506

(22)【出願日】2023-06-09

(71)【出願人】

【識別番号】318010018

【氏名又は名称】キオクシア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】安田 哲也

(57)【要約】

【課題】ファイルのデータの断片化を効率的に解消することができるメモリシステムを提供する。
【解決手段】実施形態によれば、メモリシステムは、不揮発性メモリと、コントローラと、を具備する。コントローラは、ホストと通信可能であり、不揮発性メモリを制御する。コントローラは、メモリシステムの論理アドレス空間に対するファイルのデータのマッピングに関する第１情報をホストから受信し、受信した第１情報と、論理アドレス空間での位置を示す論理アドレスと不揮発性メモリの物理アドレス空間での位置を示す物理アドレスとの対応関係が記録されている第２情報とに基づき、ファイルのデータが物理アドレス空間において連続するように、物理アドレス空間において断片化しているファイルのデータの物理アドレス空間における再配置を実行する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

不揮発性メモリと、
ホストと通信可能であり、前記不揮発性メモリを制御するコントローラと、
を具備するメモリシステムであって、
前記コントローラは、
前記メモリシステムの論理アドレス空間に対するファイルのデータのマッピングに関する第１情報を前記ホストから受信し、
受信した前記第１情報と、前記論理アドレス空間での位置を示す論理アドレスと前記不揮発性メモリの物理アドレス空間での位置を示す物理アドレスとの対応関係が記録されている第２情報とに基づき、前記ファイルのデータが前記物理アドレス空間において連続するように、前記物理アドレス空間において断片化している前記ファイルのデータの前記物理アドレス空間における再配置を実行する、
メモリシステム。

【請求項2】

前記コントローラは、前記ホストからのリードコマンドに応じた前記不揮発性メモリからのデータの読み出しまたは前記ホストからのライトコマンドに応じた前記不揮発性メモリへのデータの書き込みが行われていないアイドル期間に前記再配置を実行する請求項１に記載のメモリシステム。

【請求項3】

前記コントローラは、
第１規格に準拠したプロトコルで前記ホストとの間の通信を実行し、
前記第１規格で拡張コマンドとして定義される第１コマンドによって前記第１情報を前記ホストから受信し、
前記第１コマンドに応じて、前記第１情報と、前記第２情報とに基づき、前記物理アドレス空間における前記ファイルのデータの断片数を検出し、前記断片数を前記ホストへ送信する、
請求項１に記載のメモリシステム。

【請求項4】

前記コントローラは、前記断片数を前記ホストへ送信した後、前記第１規格で前記拡張コマンドとして定義され前記第１コマンドと異なる第２コマンドを前記ホストから受信した場合に、前記再配置を実行する請求項３に記載のメモリシステム。

【請求項5】

前記不揮発性メモリは、それぞれがデータの消去単位である複数のブロックを有し、
前記コントローラは、Ｌ（Ｌは２以上の自然数）個のブロックの有効データをＫ（Ｋは１以上Ｌ未満の自然数）個のブロックへ移動させて（Ｌ－Ｋ）個のブロック分のフリー領域を生成するガベッジコレクションによって前記再配置を実行する、
請求項１に記載のメモリシステム。

【請求項6】

メモリシステムの不揮発性メモリに格納されているファイルのデータを更新し、
前記ファイルの前記データの更新の後、前記不揮発性メモリの物理アドレス空間における前記ファイルの前記データの断片数を前記メモリシステムに問い合わせ、
前記メモリシステムから得られた断片数が閾値を超えている場合、
前記メモリシステムの論理アドレス空間に対する前記ファイルの前記データのマッピングに関する第１情報を前記メモリシステムに提供し、
前記ファイルのデータが前記物理アドレス空間において連続するように、前記物理アドレス空間において断片化している前記ファイルのデータの前記物理アドレス空間における再配置を前記メモリシステムに指示する、
情報処理装置。

【請求項7】

ホストと、
不揮発性メモリを有するメモリシステムと、
を具備し、
前記ホストは、
前記メモリシステムの前記不揮発性メモリに格納されているファイルのデータを更新し、
前記ファイルの前記データの更新の後、前記不揮発性メモリの物理アドレス空間における前記ファイルの前記データの断片数を前記メモリシステムに問い合わせ、
前記メモリシステムから得られた断片数が閾値を超えている場合、
前記メモリシステムの論理アドレス空間に対する前記ファイルの前記データのマッピングに関する第１情報を前記メモリシステムに提供し、
前記ファイルのデータが前記物理アドレス空間において連続するように、前記物理アドレス空間において断片化している前記ファイルのデータの前記物理アドレス空間における再配置を前記メモリシステムに指示し、
前記メモリシステムは、
前記問い合わせを前記ホストから受けた場合、前記第１情報と、前記論理アドレス空間での位置を示す論理アドレスと前記物理アドレス空間での位置を示す物理アドレスとの対応関係が記録されている第２情報とに基づき、前記物理アドレス空間における前記ファイルのデータの断片数を検出し、前記断片数を前記ホストへ送信し、
前記断片数を前記ホストへ送信した後、前記指示を前記ホストから受けた場合に、前記ファイルのデータが前記物理アドレス空間において連続するように、前記第１情報と、前記第２情報とに基づき、前記物理アドレス空間において断片化している前記ファイルのデータの前記物理アドレス空間における再配置を実行する、
情報処理システム。

【請求項8】

不揮発性メモリを有するメモリシステムにおけるデータの再配置方法であって、
前記メモリシステムの論理アドレス空間に対するファイルのデータのマッピングに関する第１情報をホストから受信し、
受信した前記第１情報と、前記論理アドレス空間での位置を示す論理アドレスと前記不揮発性メモリの物理アドレス空間での位置を示す物理アドレスとの対応関係が記録されている第２情報とに基づき、前記ファイルのデータが前記物理アドレス空間において連続するように、前記ファイルのデータの前記物理アドレス空間への再配置を実行する、
データの再配置方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、メモリシステム、情報処理装置、情報処理システムおよびデータの再配置方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ストレージ装置としてＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）が広く普及している。

【0003】

ＳＳＤへのファイルの書き込み時など、ホストのファイルシステムがＳＳＤの論理アドレス空間に対してファイルのデータをマッピングする際、状況によっては、データが断片化する場合がある。ファイルのデータのような連続データが、論理アドレス空間に対して断片化されてマッピングされた場合には、ＳＳＤの物理アドレス空間においても断片化されてマッピングされる可能性が高い。

【0004】

物理アドレス空間においてデータが断片化されているファイルは、断片化されていないファイルと比較して、ＳＳＤのシーケンシャルリード性能を低下させる傾向にある。

【0005】

一般的なファイルシステムは、断片化による性能低下を抑制するために、論理アドレス空間において断片化している連続データを、論理アドレス空間の連続した領域に移動させる機能としてデフラグを実行する。デフラグを実行することで、物理アドレス空間においても連続した領域に連続データが移動することが期待される。

【0006】

デフラグは、エンドユーザからの指示によって起動される。デフラグ期間中は、ＳＳＤのＩ／Ｏ性能は低下する。したがって、エンドユーザは、デフラグを安易に指示することはできない。しかし、デフラグを実施しない限り、断片化による性能低下からＳＳＤを回復させることはできない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】米国特許第１１０４２３１７号明細書

【特許文献2】米国特許第１１５２０６９５号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

１つの実施形態は、ファイルのデータの断片化を効率的に解消することができるメモリシステム、情報処理装置、情報処理システムおよびデータの再配置方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

実施形態によれば、メモリシステムは、不揮発性メモリと、コントローラと、を具備する。コントローラは、ホストと通信可能であり、不揮発性メモリを制御する。コントローラは、メモリシステムの論理アドレス空間に対するファイルのデータのマッピングに関する第１情報をホストから受信し、受信した第１情報と、論理アドレス空間での位置を示す論理アドレスと不揮発性メモリの物理アドレス空間での位置を示す物理アドレスとの対応関係が記録されている第２情報とに基づき、ファイルのデータが物理アドレス空間において連続するように、物理アドレス空間において断片化しているファイルのデータの物理アドレス空間における再配置を実行する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態の情報処理システムの一構成例を示す図。

【図2】第１実施形態のメモリシステムのメモリダイの一構成例を示す図。

【図3】第１実施形態のメモリシステムの論理ブロックの一構成例を示す図。

【図4】データ再配置に関する第１比較例を説明するための図。

【図5】第１実施形態のメモリシステムによるデータ再配置を説明するための図。

【図6】第１実施形態のメモリシステムが実行するデータ再配置の処理手順を示すフローチャート。

【図7】第２実施形態の情報処理システムにおけるホストが管理するファイルデフラグ状態の一遷移例を示す図。

【図8】第２実施形態の情報処理システムにおけるホストとメモリシステムとの間のファイルデフラグに関する通信シーケンスを示す図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

【0012】

（第１実施形態）
まず、第１実施形態について説明する。

【0013】

図１は、第１実施形態の情報処理システムの一構成例を示す図である。

【0014】

情報処理システムは、メモリシステム１とホスト２とを含む。ここでは、メモリシステム１がＳＳＤとして実現されている例を説明する。メモリシステム１は、ホスト２と接続可能に構成される。ホスト２は、サーバやパーソナルコンピュータのような情報処理装置である。図１は、メモリシステム１とホスト２とが接続されている状態を示す。

【0015】

メモリシステム１は、コントローラ１１と、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１２と、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリ（以下、フラッシュメモリ）１３とを有する。メモリシステム１は、たとえばＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓ^ＴＭ（ＰＣＩｅ^ＴＭ）規格に準拠するインタフェースを介してホスト２と接続される。

【0016】

コントローラ１１は、フラッシュメモリ１３を制御するデバイスである。コントローラ１１は、たとえば、ホスト２からのコマンドに基づいて、ＤＲＡＭ１２の領域を作業領域として用いながら、フラッシュメモリ１３へのデータの書き込み処理や、フラッシュメモリ１３からのデータの読み出し処理を制御する。コントローラ１１は、たとえばＮＶＭ Ｅｘｐｒｅｓｓ^ＴＭ（ＮＶＭｅ^ＴＭ）規格に準拠するプロトコルでホスト２と通信する。コントローラ１１は、たとえばＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ａ Ｃｈｉｐ）といった半導体集積回路として構成され得る。

【0017】

コントローラ１１は、データ再配置制御部１１１を有する。データ再配置制御部１１１は、フラッシュメモリ１３内で断片化された状態となっているデータを、連続した状態へ移行させるためのデータ再配置を実行する。データ再配置制御部１１１の詳細については詳述する。

【0018】

ＤＲＡＭ１２は、揮発性の記憶デバイスである。ここでは、コントローラ１１に作業領域を提供するデバイスとして、メモリシステム１がＤＲＡＭ１２を備える例を示す。コントローラ１１がＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）を内蔵し、このＳＲＡＭの領域が作業領域として用いられてもよい。つまり、メモリシステム１の一構成例として、ＤＲＡＭ１２を備えない構成も考えられる。

【0019】

フラッシュメモリ１３は、不揮発性の記憶デバイスである。フラッシュメモリ１３は、複数のメモリダイ１３１を有する。

【0020】

複数のメモリダイ１３１の中の所定数のメモリダイ１３１は、フラッシュメモリ１３の並列動作単位として用いられる。コントローラ１１は、フラッシュメモリ１３の並列動作単位として用いられる所定数のメモリダイ１３１から１つずつ物理ブロックを選択し、選択した所定数の物理ブロックを含む論理ブロックを構成する。論理ブロックは、コントローラ１１がフラッシュメモリ１３の領域を効率的に使用するために構成される拡張的な管理単位である。論理ブロックは、スーパーブロックとも称される。

【0021】

なお、複数のメモリダイ１３１のそれぞれが、各メモリダイ１３１において並列動作可能な複数のプレーンを有する場合には、コントローラ１１は、所定数のメモリダイ１３１の各プレーンから１つずつ物理ブロックを選択し、論理ブロックを構成する。

【0022】

ここで、コントローラ１１が構成する論理ブロックについて説明する。

【0023】

図２は、メモリダイ１３１の一構成例を示す図である。

【0024】

各メモリダイ１３１は、複数の物理ブロック１５０を含む。複数の物理ブロック１５０のそれぞれは、複数のページ１５１を含む。メモリダイ１３１に対するデータの書き込みや読み出しは、このページ１５１の単位で実行される。なお、図２では、分かり易くするために、プレーンの図示を省略している。

【0025】

図３は、論理ブロック２００の一構成例を示す図である。

【0026】

たとえばＮ（Ｎは２以上の自然数）個のメモリダイ１３１がフラッシュメモリ１３の並列動作単位として用いられる場合を説明する。この場合、コントローラ１１は、Ｎ個のメモリダイ１３１から１つずつ物理ブロック１５０を選択し、選択したＮ個の物理ブロック１５０を含む論理ブロック２００を構成する。論理ブロック２００に含まれるＮ個の物理ブロック１５０は並列動作が可能なので、コントローラ１１は、たとえば論理ブロック２００へのデータの書き込みを、Ｎページずつ実行していくことができる。

【0027】

なお、複数のメモリダイ１３１のそれぞれが、Ｍ（Ｍは２以上の自然数）個のプレーンを有する場合は、Ｎ個のメモリダイ１３１×Ｍ個のプレーンがフラッシュメモリ１３の並列動作単位として用いられる。この場合、コントローラ１１は、Ｎ個のメモリダイ１３１のそれぞれについてＭ個のプレーンから１つずつ物理ブロック１５０を選択し、選択したＮ×Ｍ個の物理ブロック１５０を含む論理ブロック２００を構成する。論理ブロック２００に含まれるＮ×Ｍ個の物理ブロック１５０は並列動作が可能なので、コントローラ１１は、たとえば論理ブロック２００へのデータの書き込みを、Ｎ×Ｍページずつ実行していくことができる。

【0028】

次に、図４を参照して、データ再配置に関する第１比較例を説明する。この第１比較例は、ファイルのデータの断片化を解消するためのデータ再配置を、ホスト２のファイルシステムによるデフラグによって実行する例である。

【0029】

図４（Ａ）は、ファイルのデータの断片化が発生する一例を示している。ここでは、ファイル１の書き込みと、ファイル２の書き込みとが、同じタイミングで並列的に実行されている。図４（Ａ）の符号３００で示されるテーブルは、ファイルシステムが管理するマッピング情報の一部を示している。このマッピング情報は、メモリシステム１の論理アドレス空間（ＬＢＡ［Ｌｏｇｉｃａｌ Ｂｌｏｃｋ Ａｄｄｒｅｓｓ］領域）に対するファイルのデータのマッピングに関する情報である。マッピング情報は、第１情報の一例である。

【0030】

ホスト２のファイルシステムは、メモリシステム１の論理アドレス空間に対して、まず、ファイル１の１ページ分のデータをマッピングし、また、ファイル２の１ページ分のデータをマッピングしている。具体的には、論理アドレス空間のアドレス（ＬＢＡ）０ｈ－２０ｈにファイル１の最初の１ページ分のデータ（Ｆ１＿０）をマッピングし、また、アドレス２０ｈ－４０ｈにファイル２の最初の１ページ分のデータ（Ｆ２＿０）をマッピングしている。

【0031】

続いて、ファイルシステムは、アドレス４０ｈ－６０ｈにファイル１のデータＦ１＿１をマッピングし、また、アドレス６０ｈ－８０ｈにファイル２のデータＦ２＿１をマッピングしている。

【0032】

以下、同様に、ファイルシステムは、アドレス８０ｈ－ａ０ｈにファイル１のデータＦ１＿２をマッピング、アドレスａ０ｈ－ｃ０ｈにファイル２のデータＦ２＿２をマッピング、アドレスｃ０ｈ－ｅ０ｈにファイル１のデータＦ１＿３をマッピング、アドレスｅ０ｈ－１００ｈにファイル２のデータＦ２＿３をマッピング、とメモリシステム１の論理アドレス空間に対するデータのマッピングを行っている。

【0033】

つまり、ファイル１およびファイル２のデータの両方が、メモリシステム１の論理アドレス空間に対して断片化されてマッピングされている。

【0034】

この論理アドレス空間に対するマッピング順に、ファイル１およびファイル２のデータがメモリシステム１に書き込まれていくと、詳細については後述するが、図４（Ａ）に示すように、メモリシステム１の物理アドレス空間、すなわちフラッシュメモリ１３においても断片化されて配置される。すなわち、メモリシステム１の論理アドレス空間は、メモリシステム１が備えるフラッシュメモリ１３が記憶可能な領域の物理アドレス空間に対応する。

【0035】

なお、メモリシステム１の論理アドレス空間と物理アドレス空間との対応関係は、メモリシステム１のコントローラ１１が、論物変換テーブルなどと称される情報を使って管理している。論物変換テーブルは、第２情報の一例である。

【0036】

図４（Ａ）では、分かり易くするために、４個の物理ブロック１５０で論理ブロック２００が構成されている例を示している。たとえば、複数のメモリダイ１３１の中の４個のメモリダイ１３１から１つずつ選択された４個の物理ブロック１５０で論理ブロック２００が構成されている。この場合、４個の物理ブロック１５０のそれぞれにおいてワード線（ＷＬ）０に接続されている４個のページ１５１のデータについては、その読み出しを並列的に実行することができる（ａ１）。これは、４個の物理ブロック１５０のそれぞれにおいてワード線（ＷＬ）１に接続されている４個のページ１５１のデータについても同様である。一方、ワード線０に接続されているページ１５１のデータと、ワード線１に接続されているページ１５１のデータとのような、異なるワード線に接続されている複数のページ１５１のデータについては、同じ物理ブロック１５０に格納されているデータであっても、その読み出しをワード線毎に順次的に実行していかなければならない（ａ２）。

【0037】

ここで、メモリシステム１のコントローラ１１は、論理ブロック２００の並列的に読み書きが可能なページ１５１群が一塊となって連続するように、物理アドレス空間に対するページ１５１のマッピングを管理する。したがって、図４（Ａ）に示すファイル１およびファイル２のデータは、物理アドレス空間、すなわちフラッシュメモリ１３において断片化されている状態である。

【0038】

この断片化を解消するために、ホスト２のファイルシステムによるデフラグが起動されると、ホスト２は、ファイル１のデータの読み出しおよび書き戻しと、ファイル２のデータの読み出しおよび書き戻しとをそれぞれ実行する。その際、図４（Ｂ）に示すように、ファイルシステムは、ファイル１のデータの書き戻し時には、ファイル１のデータを論理アドレス空間の連続した領域にマッピングし、また、ファイル２のデータの書き戻し時には、ファイル２のデータを論理アドレス空間の連続した領域にマッピングする。

【0039】

つまり、ホスト２のファイルシステムによるデフラグでは、ホスト２主導でファイル１およびファイル２のデータの再配置が行われる。これにより、論理アドレス空間における断片化を解消するとともに、物理アドレス空間における断片化の解消も期待される。ところで、メモリシステム１では、データの保全などのために、ホスト２からのコマンドによらずに、コントローラ１１がフラッシュメモリ１３に対するデータの書き込みや読み出しを内部処理として実行する場合がある。そのため、ホスト２主導では、論理アドレス空間における断片化の解消に伴って、物理アドレス空間における断片化の解消が確実に図られる保証はない。

【0040】

なお、図４（Ｂ）の論理ブロック２００は、図４（Ａ）の論理ブロック２００とは異なるものである。また、図４（Ｂ）では、図４（Ａ）と比較する上で、分かり易くするために、ファイル１のデータがワード線０に接続されているページ１５１群に再配置され、ファイル２のデータがワード線１に接続されているページ１５１群に再配置されている例を示している。しかし、再配置前の論理ブロック２００においてファイル１およびファイル２のデータを格納していたページ群１５１が接続されているワード線の位置に関係なく、再配置後の論理ブロック２００においていずれのワード線に接続されているページ１５１群にデータが再配置されても構わない。

【0041】

ところで、デフラグは、エンドユーザからの指示によって起動される。デフラグ期間中は、メモリシステム１のＩ／Ｏ性能は低下する。したがって、エンドユーザは、デフラグを安易に指示することはできない。しかし、デフラグを実施しない限り、断片化による性能低下からメモリシステム１を回復させることはできない。

【0042】

この第１比較例を踏まえて、次に、図５を参照して、第１実施形態のメモリシステム１のデータ再配置について説明する。

【0043】

第１実施形態の情報処理システムにおいて、ファイル１およびファイル２のデータの断片化を解消しようとする場合、ホスト２は、ファイルシステムが管理するマッピング情報のうち、少なくともファイル１およびファイル２のデータに関する情報を含む一部をメモリシステム１へ提供する（ｂ１）。以下、ホスト２からメモリシステム１へ提供されるマッピング情報の一部を、ファイル断片情報とも称する。図５において、ファイル断片情報は、少なくともファイル１のデータの論理アドレスおよびファイル２のデータの論理アドレスを含む。

【0044】

ホスト２からメモリシステム１へのファイル断片情報の提供は、たとえばＮＶＭｅ^ＴＭ規格で定義される拡張コマンドを、ホスト２がメモリシステム１に対して発行することによって実行される。この拡張コマンドは、ホスト２がメモリシステム１に対してデータの断片化を解消することを依頼するコマンドとして定義されるものであってもよい。

【0045】

ファイル断片情報は、メモリシステム１のコントローラ１１によって受信される。コントローラ１１のデータ再配置制御部１１１は、ファイル断片情報と、コントローラ１１が管理する論物変換テーブルとに基づき、ファイル１のデータおよびファイル２のデータの再配置を実行する（ｂ２）。このとき、データ再配置制御部１１１は、ファイル１のデータおよびファイル２のデータが物理アドレス空間において連続するように、これらのデータを移動させる。

【0046】

データ再配置制御部１１１は、連続データの断片化を解消するための物理アドレス空間における再配置を、ホスト２からのリードコマンドやライトコマンドに対応する処理が実行されていないアイドル期間に実行する。すなわち、データ再配置制御部１１１によるデータ再配置は、バックグラウンド処理として実行される。これにより、メモリシステム１のＩ／Ｏ性能を低下させることを回避できる。

【0047】

また、データ再配置制御部１１１が、メモリシステム１の内部的な処理として、物理アドレス空間におけるデータ再配置を実行するので、コントローラ１１は、ホスト２の管理とは無関係に、管理する論物変換テーブルを更新する。したがって、ホスト２のファイルシステムが管理するマッピング情報の更新は不要である。

【0048】

さらに、物理アドレス空間におけるデータ再配置が、メモリシステム１の内部的な処理として実行されることで、ホスト２主導の場合とは異なり、物理アドレス空間における断片化の解消が確実に図られる。

【0049】

コントローラ１１は、データ再配置制御部１１１による、物理アドレス空間におけるデータ再配置が完了すると、前述の拡張コマンドの応答として、データ再配置の完了をホスト２に通知する。したがって、ホスト２は、拡張コマンドでファイル断片情報をメモリシステム１へ提供した後は、データ再配置の進捗状況について何ら考慮することなく、メモリシステム１からの応答を待っていればよい。すなわち、ホスト２は、メモリシステム１へのデータの書き込みやメモリシステム１からのデータの読み出しを通常通り行いながら、データ再配置の完了を示す応答を待っていればよい。

【0050】

このように、第１実施形態の情報処理システムにおいては、ファイルのデータの断片化を効率的に解消することが実現される。

【0051】

ところで、フラッシュメモリ１３は、既にデータが書き込まれているページ１５１へのデータの上書きを行うことができない不揮発性の記憶媒体である。そのため、コントローラ１１は、データの書き換えを、元のデータが格納されているページ１５１とは別のページ１５１に新たなデータを書き込み、元のデータを無効化することによって実行する。データの書き換えの回数が増えると、無効なデータが格納されているページ１５１の数が増加する。したがって、コントローラ１１は、無効なデータが格納されている複数のページ１５１を再利用するためのガベッジコレクションを実行する。

【0052】

ガベッジコレクションは、Ｌ（Ｌは２以上の自然数）個の論理ブロック２００の有効データをＫ（Ｋは１以上Ｌ未満の自然数）個の論理ブロック２００へ移動させて（Ｌ－Ｋ）個の論理ブロック２００分のフリー領域を生成する。Ｌ個の論理ブロック２００は、無効化されたデータが書き込まれているページ１５１をより多く含んでいる論理ブロック２００が好ましい。

【0053】

データ再配置制御部１１１は、このガベッジコレクションを利用して、ホスト２が要求するデータ再配置を実行してもよい。

【0054】

図６は、第１実施形態のメモリシステム１が実行するデータ再配置の処理手順を示すフローチャートである。

【0055】

コントローラ１１は、ファイル断片情報をホスト２から受信する（Ｓ１０１）。コントローラ１１のデータ再配置制御部１１１は、断片化しているファイルのデータを物理的に連続させて再配置するための新規ブロックを確保する（Ｓ１０２）。なお、図６におけるブロックとは、論理ブロック２００である。

【0056】

データ再配置制御部１１１は、論物変換テーブルを参照しながら、ファイル断片情報から移動元ブロックを特定する（Ｓ１０３）。移動元ブロックは、断片化しているファイルのデータが存在する１以上の論理ブロック２００である。

【0057】

データ再配置制御部１１１は、Ｓ１０３で特定した移動元ブロックからＳ１０２で確保した新規ブロックへ、断片化しているファイルのデータを移動する（Ｓ１０４）。データ再配置制御部１１１によるデータの移動が完了すると、コントローラ１１は、データ再配置完了をホスト２へ通知する（Ｓ１０５）。

【0058】

以上のように、第１実施形態の情報処理システムは、ファイルのデータの断片化を効率的に解消することができる。

【0059】

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。

【0060】

第１実施形態では、ファイルのデータといった連続データの断片化を解消するためのデータ再配置について、メモリシステム１の動作を主に説明した。

【0061】

第２実施形態では、データ再配置を要求する拡張コマンドをメモリシステム１に対して発行するタイミングの制御を含むホスト２の動作を主に説明する。

【0062】

図７は、データ再配置の要否を判断するためにホスト２が管理するファイルデフラグ状態の一遷移例を示す図である。

【0063】

ホスト２は、「必要未実行」（Ｓ２０１）、「不要実行中」（Ｓ２０２）、「必要実行中」（Ｓ２０３）、「不要未実行」（Ｓ２０４）の４つの状態間を遷移させるようにファイルデフラグ状態を管理する。ファイルデフラグ状態は、ファイルのデフラグが必要か不要かと、ファイルのデフラグが実行中か未実行かと、の組み合わせで示される状態である。

【0064】

「必要未実行」（Ｓ２０１）は、データ再配置が必要であり、かつ、メモリシステム１に対して拡張コマンドを未発行の状態である。ファイルデフラグ状態が「必要未実行」（Ｓ２０１）である場合、ホスト２は、メモリシステム１に対して、データ再配置（ファイルデフラグ）を要求する拡張コマンドを発行する（ｃ１）。この拡張コマンドでメモリシステム１に提供するファイル断片情報は、後述する「不要実行中」（Ｓ２０２）時に発生したファイル更新（ｃ２）または「不要未実行」（Ｓ２０４）時に発生したファイル更新（ｃ５）の対象ファイルに関するマッピング情報を含む。

【0065】

ファイルの更新を行うと、ファイルのデータが断片化する可能性が高い。そこで、ホスト２は、ファイル更新の発生を契機として、データ再配置を要求する拡張コマンドをメモリシステム１に対して発行する（ｃ１）。

【0066】

メモリシステム１に対して拡張コマンドを発行すると、ホスト２は、ファイルデフラグ状態を「不要実行中」（Ｓ２０２）に遷移させる（ｃ１）。メモリシステム１からデータ再配置完了の通知を受ける前に、ファイル更新が発生した場合、ホスト２は、ファイルデフラグ状態を「必要実行中」（Ｓ２０３）に遷移させる（ｃ２）。「必要実行中」（Ｓ２０３）時にファイル更新が発生した場合には、ホスト２は、ファイルデフラグ状態を「必要実行中」（Ｓ２０３）に維持する。

【0067】

「必要実行中」（Ｓ２０３）への遷移後、メモリシステム１からデータ再配置完了の通知を受けた場合、ホスト２は、ファイルデフラグ状態を「必要未実行」（Ｓ２０１）に移行させる（ｃ３）。よって、ホスト２は、メモリシステム１に対して、データ再配置を要求する次の拡張コマンドを連続的に発行することになる。

【0068】

「不要実行中」（Ｓ２０２）時にファイル更新が発生することなく、メモリシステム１からデータ再配置完了の通知を受けた場合、ホスト２は、ファイルデフラグ状態を「不要未実行」（Ｓ２０４）に移行させる（ｃ４）。「不要未実行」（Ｓ２０４）時にファイル更新が発生した場合、ホスト２は、ファイルデフラグ状態を「必要未実行」（Ｓ２０１）に移行させる（ｃ５）。これにより、ホスト２は、メモリシステム１に対して、データ再配置を要求する次の拡張コマンドを発行することになる。

【0069】

このようにしてファイルデフラグ状態を管理することで、ホスト２は、適切なタイミングで、データ再配置を要求する拡張コマンドを発行することができる。これにより、エンドユーザによるデフラグ指示を不要とし、エンドユーザが、デフラグ指示を行うべきタイミングを考慮する負荷を削減することができる。

【0070】

また、ホスト２は、ファイル更新の発生を契機としてデータ再配置を要求する拡張コマンドをメモリシステム１に対して発行する前処理として、対象ファイルのデータがマッピングされた論理アドレスに対応する物理アドレスにおける断片数をメモリシステム１に対して問い合わせてもよい。ホスト２は、メモリシステム１から通知された断片数が閾値を超える場合に、データ再配置をメモリシステム１に要求するようにしてもよい。換言すれば、メモリシステム１から通知された断片数が閾値以下である場合、ホスト２は、その時点でのデータ再配置を保留してもよい。この断片数の問い合わせも、たとえばＮＶＭｅ^ＴＭ規格で定義される拡張コマンドをメモリシステム１に対して発行することによって実行される。

【0071】

図８は、第２実施形態の情報処理システムにおけるホスト２とメモリシステム１との間のファイルデフラグに関する通信シーケンスを示す図である。

【0072】

ホスト２は、ファイルの更新を行った場合、メモリシステム１に対して、対象ファイルがマッピングされた論理アドレスに対応する物理アドレスにおけるデータの断片数を問い合わせる（ｄ１）。このとき、ホスト２は、対象ファイルの論理アドレスをメモリシステム１に通知する。メモリシステム１は、論物変換テーブルを参照しながら、ホスト２から提供されるファイル断片情報から対象ファイルの物理アドレスにおけるデータの断片数を求めて、求めた断片数をホスト２へ応答する（ｄ２）。

【0073】

ホスト２は、メモリシステム１から得られた断片数が閾値を超えていた場合、メモリシステム１に対して、対象ファイルのデータの断片化を解消するためのデータ再配置（ファイルデフラグ）を要求する拡張コマンドを発行する（ｄ３）。拡張コマンドの発行後、ホスト２は、要求したデフラグに関わらず、通常のメモリシステム１へのデータの書き込みやメモリシステム１からのデータの読み出しを行っていればよい。

【0074】

メモリシステム１は、ホスト２からのライトコマンドやリードコマンドに応じた処理を行っていないアイドル期間において、要求されたデータ再配置をバックグラウンド処理として実行する。そして、データ再配置が完了したら、受信した拡張コマンドの応答として、データ再配置の完了をホスト２へ通知する（ｄ４）。

【0075】

以上のように、第２実施形態の情報処理システムによれば、ホスト２とメモリシステム１とが協働することによって、ファイルのデータの断片化を効率的に解消することが実現される。

【0076】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0077】

１…メモリシステム、２…ホスト、１１…コントローラ、１２…ＤＲＡＭ、１３…フラッシュメモリ、１１１…データ再配置制御部、１３１…メモリダイ、１５０…物理ブロック、１５１…ページ、２００…論理ブロック、３００…マッピング情報。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】