基于页面来源的休眠

摘要

本文公开的示例实施例涉及休眠。设备包括非易失性存储器和易失性存储器，该非易失性存储器包括固态存储器。该易失性存储器包括多个页面。基于相应页面是否源自于固态存储器将一个或多个页面存储在非易失性存储器中。

说明书

背景技术

例如，通过提供响应式计算设备，计算设备制造商面临向消费者提供质量和价值 的挑战。许多计算设备具有休眠模式，该休眠模式允许计算设备在维持其状态的情况 下关机。在休眠期间，计算机将其易失性存储器中的内容保存到硬盘。一旦恢复，计 算机还保持其进入休眠时的状态。

附图说明

下面的具体实施方式参考附图，其中，

图1A和图1B为根据各示例的计算设备的框图，该计算设备能够基于多个页 面中的相应页面的来源是否为固态存储器将易失性存储器的一个或者多个页面存 储在休眠文件中而执行休眠；

图2为根据一个示例的用于生成休眠文件的方法的流程图，该休眠文件包括 并非源自于固态存储器的易失性存储器的一组页面；

图3为根据一个示例的用于从休眠中恢复计算设备的方法的流程图。

图4为根据一个示例的能够生成休眠文件的设备的框图，该休眠文件包括并 非源自于固态存储器的一组页面。

具体实施方式

如今，许多计算设备都具有休眠模式。休眠是在维持计算设备状态的情况下 关闭计算设备的方法。休眠状态的一示例为高级配置与电源接口(ACPI)S4状态。 在典型的休眠期间，计算设备将易失性存储器，例如随机存取存储器(RAM)的 内容保存到非易失性存储器，例如硬盘驱动器。当再次对计算设备供电时，保存 在非易失性存储器上的易失性存储器的内容被恢复。

然而，计算设备的用户希望在保存和恢复过程期间的更快的响应。根据所保 存的内容量，休眠保存和/或休眠恢复所需的时间可能会增加或者减少。因此，保 存较少信息能够减少用于保存和/或恢复的时间。在休眠中，休眠文件(例如，保 存到非易失性存储器的信息)的值用于创建计算设备的状态的书签，并且通过使 用旋转式硬盘驱动器的碎片整理的部分来创建该计算设备的状态的书签。然而， 利用固态存储器，例如NAND存储器、NOR存储器等，导致旋转介质的寻道时间 损失的存储残片减少，因此当数据已被放置在固态存储器上时，将RAM内容放置 到连续的块并不能加速恢复过程。

因此，本文公开的各实施例涉及基于易失性存储器中的关联页面是否源自于 特定类型的存储设备而选择性地生成休眠文件。在一些实施例中，考虑了存储设 备的速度。保存映射图以识别存储在易失性存储器中的每个页面的非易失性来源。 如果数据来自固态存储器或者缓存在固态存储器中，则操作系统可以识别数据的 来源为例如比硬盘驱动器快的特定类别。如果源自于固态存储器的页面没有被修 改，例如通过标为只读，当休眠事件开始时，操作系统可以以特定的方式处理该 页面。

在一个示例中，可以通过从页表删除页面使该页面无效，并且不将该页面存 储在休眠文件中。对该页面的后续访问可能引起全局页面错误并且操作系统可以 从非易失性存储器中重新加载该页面。操作系统可以利用虚拟存储器管理系统确 定所请求的页面在非易失性存储器上的位置。

在另一个示例中，休眠文件中不包括该页面，但没有从页表中删除该页面。 操作系统可以对标记为存储在固态存储器中的数据的恢复去除优先级 (de-prioritize)。这样，休眠文件将会首先被加载到易失性存储器，而被存储在 固态存储器中的页表中的其余页面在后台被恢复。利用这些方法，改善往返磁盘 的休眠的持续期间。

本文中使用的页表是用于存储虚拟地址和物理地址之间映射的数据结构。如 上所述，页表可以包括附加信息，例如来源信息、有效性信息等。页表也可以是 系统页表的一部分。在一个实施例中，系统页表是具有计算设备所使用的有效内 容的页面的完整列表。页表的数据结构的示例包括反置页表和散列页表。

图1A和图1B为根据各示例的计算设备的框图，该计算设备能够基于多个页 面中的相应页面的来源是否为固态存储器将易失性存储器的一个或者多个页面存 储在休眠文件中而执行休眠。计算设备100a、100b可以是笔记本电脑、台式电脑、 平板计算设备、无线设备、服务器、工作站或能够基于易失性存储器所源自的存 储器的类型执行休眠的任何其他计算设备。在一个示例中，计算设备100a包括： 非易失性存储器110、易失性存储器112和休眠模块114。在本示例中，非易失性 存储器可以包括：固态存储器116、旋转式硬盘驱动器118和/或驱动控制器120。 在另一个示例中，计算设备100b可以进一步包括：页表122、恢复模块124、处 理器130、芯片集132和输入/输出接口134。

计算设备100包括：易失性存储器112。在一些示例中，易失性存储器112 是需要电力来保持所存储的信息的计算机存储器。易失性存储器112的示例包括 RAM，例如动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)和双倍数据数率(DDR) SDRAM、读/写存储器等。易失性存储器112可比非易失性存储器110快。

在一些实施例中，非易失性存储器110是不供电时能够保持所存储的信息的 计算机存储器。非易失性存储器110的示例包括：闪存、铁电RAM(F-RAM)、 硬盘驱动器、固态存储器等。因此，非易失性存储器110可以包括旋转式硬盘驱 动器118、固态存储器116或其组合。在一个示例中，非易失性存储器110可以是 包括具有旋转盘的旋转式硬盘驱动器118以及固态存储器116的混合硬盘驱动器。 在一些示例中，在混合硬盘驱动器的实现方式中，固态存储器116可以用作缓存。 驱动控制器120或处理器130(例如，通过串行高级技术附件(SATA)帧信息结 构(FIS))可以用于实现该缓存，利用一个或多个算法，例如利用智能响应技术 (SRT)实现方式来实现该缓存。固态存储器116和旋转式硬盘驱动器118和/或 驱动控制器120可以位于相同的物理封装上或位于单独的封装上。

旋转式硬盘驱动器118可以包括存储器，该存储器基于采用涂有磁性材料的 快速旋转光盘(盘)存储信息的技术。磁头可以用于将数据读和/或写到表面。从 旋转式硬盘驱动器118读取数据或将数据写入旋转式硬盘驱动器118的访问时间 可以包括：测量磁头到达包括数据的磁盘上的磁道所用的寻道时间和旋转延迟， 该旋转延迟是由于请求数据传输时磁头可能不在期望的磁盘扇区而产生的。

固态存储器116不使用旋转式盘存储信息。因此，固态存储器116具有较少 的访问时间和/或延迟。可以使用各种存储器技术，例如闪存，例如NAND闪存和 NOR闪存、忆阻器技术、相变存储器等来实现固态存储器116。

易失性存储器112可以存储处理器130所使用的数字信息。易失性存储器112 可以包括存储器的多个页面。在一些示例中，“页面”是虚拟存储器的定长连续 块，该定长连续块是在易失性存储器112和任何其他存储器，例如非易失性存储 器110之间传输数据的最小单元。

可以由页表122跟踪页面。在一些示例中，页表122是由计算设备100的虚 拟存储器使用来存储虚拟地址和物理地址(例如，易失性存储器112或非易失性 存储器110的物理位置)之间映射的数据结构。在程序的执行期间，可以将非易 失性存储器110放置到易失性存储器112中。例如，可以将来自非易失性存储器 110上文件的程序的指令或信息放置到易失性存储器112中。页表122可以包括关 于存储在非易失性存储器110上的交换文件的信息。页表122也可以包括关于当 前在易失性存储器112中的特定页面是否源自于固态存储器116的信息。在一些 示例中，源自于固态存储器116表示易失性存储器112中的页面是从存储在固态 存储器116上的页面的副本读取的。在一些示例中，可以认为源自于固态存储器 116的页面在易失性存储器112中是只读的和/或未修改的。此外，页表122跟踪 页面。在一个示例中，页表122包括针对多个页面中的每个页面的源寄存器。源 寄存器可以指示相应页面是否源自于第一存储器类型(例如源自于固态存储器 116)或源自于其他存储器类型(例如旋转式硬盘驱动器118)。页表122也可以 包括针对多个页面中的每个页面的有效性寄存器。有效性寄存器可以指示相应页 面在易失性存储器112中是否有效。

休眠模块114可以用于使计算设备110进入休眠状态。在一些实施例中，休 眠状态是计算设备100按照一定方式将其易失性存储器112的内容保存到非易失 性存储器110使得一旦计算设备100恢复就能恢复功能的状态。在休眠过程期间， 可以从易失性存储器112移除电源，导致易失性存储器112丢失所存储的信息。 使用恢复模块124，稍后可以恢复计算设备100的使用。

在休眠之前，当计算设备100的处理器130试图访问存储器中的逻辑或虚拟 地址并且该存储器数据还没有从非易失性存储器110，例如固态存储器116或旋转 式硬盘驱动器118复制出时，产生调用存储器的页面来从非易失性存储器110读 取并且存储到易失性存储器112的错误。可以验证存储器分段的页表122以指示 该页面被存储在易失性存储器112中。非易失性存储器110的来源可以被识别为 来自旋转式介质或来自非易失性固态存储器。如上所述，来源的记录可以被放置 在页表122的源寄存器中。在一个示例中，“0”可以表明该页面源自于旋转式介 质，而“1”可以指示该页面源自于固态存储器。例如，如果使用多个非易失性存 储器类型或设备，也可以表明其他状态，例如，“01”、“11”、“001”等用于 表明其他来源信息。此外，在一些场景中，当易失性存储器112中的内容被改变 时，可以复位源寄存器，例如设置为空等。

当使计算设备100为休眠模式时，休眠模块114可以基于多个页面中的相应 页面的副本是否源自于固态存储器116而将一个或多个页面存储在易失性存储器 112中。如上所述，如果易失性存储器112中的页面是固态存储器116上的对应页 面的副本，则该页面源自于固态存储器116。可以将不是源自于固态存储器116的 页面存储在休眠文件中。例如，可以将源自于旋转式硬盘驱动器118或其他低速 存储器的页面存储在休眠文件中。不需要将源自于固态存储器116的页面存储在 休眠文件中。这是因为，为了从固态存储器116提取内容，不需要额外开销从旋 转式硬盘驱动器118提取内容。由于休眠文件中存储了较少的页面，因此与将每 个页面保存到休眠文件相比，文件大小更小，并且计算设备100的休眠/恢复速度 更快。

此外，在一个场景中，页表122中引用的页面可以基于易失性存储器112中 的相应页面是否有效而被存储。在一些场景中，在易失性存储器112中存储页面 时，该页面是有效的。在休眠过程期间，源自于固态存储器116的页面在页表122 中可以被设置为无效，使得信息不被保存在休眠文件中。在其他场景中，源自于 固态存储器116的页面没有被无效，但相应页面的存储可以基于源寄存器。易失 性存储器112的无效或未使用部分不需要被保存到休眠文件，因此进一步加快休 眠/恢复过程。在一个示例中，来自易失性存储器112的页面基于相应页面有效且 其相应的源寄存器指示相应页面并不是源自于固态存储器116的确定被存储在休 眠文件中。这可以意味着相应页面源自于旋转式硬盘驱动器118，相应页面以一种 方式被修改使得等效副本没有被存储在固态存储器116上，或相应页面来自于另 一个位置(例如，输入/输出设备)。此外，休眠模块114可以用休眠文件存储页 表。此外，在休眠过程期间，例如当从易失性存储器112移除电源时，可以清除 易失性存储器112。

接下来，计算设备100可以从休眠状态恢复。例如，可以利用计算设备100 上的按钮来启动恢复过程。恢复模块124可以从休眠文件读取页表。接下来，恢 复模块124可以将每个有效页面从休眠文件放置到易失性存储器112中。在一个 示例中，有效页面不包括源自于固态存储器116的页面。当处理器130试图读取 这些源自于固态存储器116但没有复制到易失性存储器112、操作系统虚拟存储器 管理系统、页面向导等的页面中的一个页面时，页表项可以辨认出存储器页面在 易失性存储器112中是无效的并且引起从固态存储器116提取数据。

在另一个示例中，将存储在休眠文件中的页面恢复到易失性存储器112中， 接下来可以将源自于固态存储器116的页面复制到易失性存储器112。当计算设备 100的执行由恢复模块124移交至操作系统时，固态存储器116的复制可以为后台 进程和/或去除优先级进程。在本示例中，休眠文件可以包括没有被存储在固态存 储器116上的易失性存储器112的页面，例如存储在旋转式硬盘驱动器118或没 有被存储在非易失性存储器110上的页面。这可以基于休眠文件中存储了什么页 面以及基于与相应页面相关联的源寄存器来实现。在该场景中，页表122包括存 储在固态存储器116上的页面。在恢复期间，将保存在休眠文件中的页面放置到/ 复制到易失性存储器112中。接下来，可以在后台复制保存在固态存储器116上 的页面。恢复模块124可以读取页表122并区分源自于固态存储器116的文件以 确定通过去优先级化进程复制哪些页面。

可以配置处理器130，例如适于提取和执行指令的中央处理单元(CPU)或微 处理器、和/或电子电路，以执行本文描述的模块114、124中任一模块的功能。在 一些场景中，易失性存储器112或其他存储器中可以包括指令和/或其他信息，例 如内容。计算设备100b还可以提供输入/输出接口134。例如，可以利用输入设备 140，例如键盘、传感器、触摸界面、鼠标、麦克风等从计算设备100b周围的环 境接收输入。此外，可以利用输出设备142，例如显示器将信息呈现给用户。例如， 输出设备包括：扬声器、显示设备和放大器等。此外，在一些实施例中，可以利 用一些部件来执行此处描述的其他部件的功能。

模块114和124中的每个模块包括，例如包括用于实现此处描述的功能的电 子电路的硬件设备。此外或作为替代方案，每个模块114、124可以实现为编码在 计算设备100的机器可读存储介质上并且可由处理器130执行的一系列指令。需 要注意的是，在一些实施例中，一些模块实现为硬件设备，而其他模块实现为可 执行指令。

如上所述，在一些实施例中，非易失性存储器110可以为混合硬件驱动器。 混合硬件驱动器可以包括旋转式介质，例如旋转式硬盘驱动器118的至少一个盘 以及固态存储器116，例如NAND存储器和存储器控制器(例如驱动控制器120)。 处理器130可以与芯片集132相连。芯片集132可以为处理器130和易失性存储 器112与驱动控制器120之间的桥。SATA总线或另一个类型的总线可以将存储控 制器连接到混合硬盘驱动器。

固态存储器116可以用作旋转式硬盘驱动器118的缓存。可以使用常规缓存 方法。此外，缓存的物理尺寸可以比旋转式介质的尺寸小。驱动控制器120可以 执行指令来识别存储在旋转式硬盘驱动器118上的数据的优先级。可以将来自旋 转式硬盘驱动器118的数据的子集存储在固态存储器116中。当处理器130确定 从混合硬盘驱动器访问数据时，在访问旋转式硬盘驱动器之前，驱动控制器120 确定数据是否在固态缓存上。当数据位于固态缓存上时，访问时间将减少。如上 所述，可以使用SRT方法来实现缓存。

在一些实施例中，驱动控制器120可以通过总线报告区分信息来源为固态存 储器116的信息或来自旋转式介质的信息。处理器130可以试图读取在易失性存 储器112中无效的存储器位置。页表项可以辨认存储器页面在易失性存储器112 中是无效的，引起混合驱动器的访问以提取数据。驱动控制器120可以利用请求 的数据和关于来源的信息对处理器130访问做出响应。可以通过帧信息结构(FIS) 或其他通信机制报告关于来源的信息。处理器130可以接收数据并且用页面填充 易失性存储器112。处理器130还可以在页表项中设置当前或有效比特。此外，处 理器130可以读取嵌入在FIS中的来源信息并且可以利用来源信息设置页表项， 该页表项对应与数据关联的页框地址。

在一个示例中，非易失性存储器110是包括固态存储器116的固态驱动器。 在该场景中，源寄存器可以将页面标记为源自于固态存储器116或者并非源自于 固态存储器。非源自于固态存储器116的页面可以包括，例如根据在易失性存储 器112中执行的进程创建的页面。因为这些页面并不是源自于固态存储器116，当 休眠发生时，非源自于固态存储器116的页面被存储在休眠文件中。在恢复期间， 可以将来自休眠文件的信息复制到易失性存储器112并且如上所讨论的，可以使 用其他方法恢复源自于固态存储器116的信息。

图2为根据一个示例的用于生成休眠文件的方法的流程图，该休眠文件包括 并非源自于固态存储器的易失性存储器的一组页面。虽然下面参考计算设备100 对方法200的执行进行描述，但是可以利用用于执行方法200的其他合适的部件 (例如，计算设备400)。此外，可以将执行方法200的部件扩展到多个设备或附 件。可以以存储在机器可读存储介质上的可执行指令的形式和/或电子电路的形式 实现方法200。

方法200可以在202处开始，在202处计算设备100可以处于开机状态并且 维护包括与易失性存储器中的页面关联的来源类型的页表。在一个示例中，来源 类型可以是存储器的第一类型，例如固态存储器或不是存储器的第一类型，例如 存储器的第二类型，如旋转式硬盘驱动器。因此，页表可以针对多个页面中的每 个页面指示相应页面是否源自于固态存储器和/或相应页面是否是有效的。页表也 可以执行常规页表职责，例如提供从虚拟地址空间到物理地址空间的映射。

在使用计算设备100的过程期间，计算设备100可以利用休眠过程进入低功 率休眠状态。在204处，休眠模块生成包括易失性存储器中有效的并且并非源自 于固态存储器的一组页面的休眠文件。一组页面可以包括源自于硬盘驱动器的页 面，在非易失性存储器中修改和/或创建的页面等。休眠文件也可以包括启用从休 眠状态的恢复的页表。休眠文件可以被存储在非易失性存储器上，例如旋转式硬 盘驱动器或固态驱动器。接下来，在206处，计算设备100可以进入休眠模式。 通过从易失性存储器移除电源，进入休眠模式的过程可以清除易失性存储器。

图3为根据一个示例的用于从休眠中恢复计算设备的方法的流程图。尽管下 面参考计算设备100对方法300的执行进行描述，但是可以利用用于执行方法300 的其他合适的部件(例如，计算设备400)。此外，可以将执行方法300的部件扩 展到多个设备或机箱。可以以存储在机器可读存储介质上的可执行指令的形式和/ 或电子电路的形式实现方法300。

可以在计算设备100运行的状态下开始方法300。可以触发计算设备100使 其进入休眠状态。为了进入休眠状态，休眠过程可以控制计算设备的页表。在302 处，休眠过程可以使页表中存储器中的多个页面中源自于固态存储器的每个页面 的有效性被设置为无效。在304处，用休眠文件存储页表。在一些示例中，可以 将页表存储为单独的文件。在其他示例中，页表可以作为休眠文件的一部分被包 括。在306处，计算设备100进入休眠模式或状态。因此，易失性存储器被清除。

接下来，可以激活计算设备100。计算设备100一旦被激活可以实行恢复过程。 因此，计算设备100可以确定从休眠模式恢复设备。这可以是由于计算设备100 启动以从休眠状态恢复的过程中的触发而引起。这样的触发的示例是在休眠期间 设置的标志。在308处，在从休眠恢复的过程中，从休眠文件和/或另一个文件读 取页表。页表可以用于将设备恢复到与休眠前计算设备100所处的状态等同的状 态。在一些示例中，等同状态是可以以与休眠前的状态相同的方式运行的状态。 此外，在310处，计算设备可以将来自休眠文件的每个有效页面放置到易失性存 储器中。在一些示例中，如果页面被存储在休眠文件中，则该页面是有效的。

在一些示例中，易失性存储器会有存储在固态存储器并且没有使用休眠文件 恢复的存储器分段的页面错误。在一个示例中，等同状态可以包括使用页面错误 来触发将存储在固态存储器上的信息读取到易失性存储器。在另一个示例中，可 以使用页表来读取没有被存储在休眠文件中的信息的存储器位置。作为后台进程， 计算设备100可以通过将有效并且源自于固态存储器的页面从固态存储器读取到 易失性存储器来恢复计算设备的状态。

图4为根据一个示例的能够生成休眠文件的设备的框图，该休眠文件包括并 非源自于固态存储器的一组页面。计算设备400包括，例如处理器410和包括用 于改进的休眠/恢复过程的指令422、424和426的机器可读存储介质420。计算设 备400可以是，例如笔记本电脑、薄板计算设备、便携式阅读设备、无线电子邮 件设备、手机、工作站或任何其他计算设备。

处理器410可以为至少一个中央处理单元(CPU)、至少一个基于半导体的 微处理器、至少一个图形处理单元(GPU)、适于提取和执行存储在机器可读存 储介质420中的指令的其他硬件设备、或其组合。例如，处理器410可以包括芯 片上多个核，包括多个芯片上的多个核、多个设备上的多个核(例如，如果计算 设备400包括多个节点设备)、或其组合。处理器410可以提取、解码和执行指 令422、424、426来控制计算设备400以及控制计算设备400的休眠。作为替代 方案或者除了提取和执行指令之外，计算设备410可以包括至少一个集成电路 (IC)、其他控制逻辑、其他电子电路或其组合，其组合包括用于执行指令422、 424、426的功能的多个电子部件。

机器可读存储介质420可以是任何包含或存储可执行指令的电子存储设备、 磁存储设备、光存储设备或其他物理存储设备。因此，机器可读存储介质可以是， 例如随机存取存储器(RAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、存储 设备、光盘只读存储器(CD-ROM)等。因此，机器可读存储介质可以是非易失 性存储介质。如本文详细描述的，机器可读存储介质420可以编码有一系列用于 使计算设备400休眠和/或从休眠状态恢复的可执行指令。

页表指令422可以用于维护存储在计算设备400的易失性存储器中的多个页 面的页表。页表可以执行常规页表功能，例如存储从虚拟地址到物理地址的映射。 此外，页表可以针对多个页面中的每个页面指示相应页面是否源自于固态存储器 和/或相应页面是否有效。在一些示例中，当页面源自于非易失性存储器和/或页面 用于存储信息时，将该页面设置为有效。在随后的时间点可以将该页面标记为无 效，例如如果信息不再有效、不再有用，访问信息的程序停止使用信息或关闭程 序本身等。

休眠指令424可以用于确定使设备进入休眠模式。在一些示例中，这可以由 在计算设备400上运行的操作系统控制或发起。可以在处理器410上执行休眠指 令424以生成包含易失性存储器中的一组页面的休眠文件，该一组页面是有效的 并且不是源自于固态存储器。该休眠文件可以被存储在非易失性存储器上，例如 旋转式硬盘驱动器或固态存储器。

在一个示例中，在休眠过程期间，休眠指令424可以引起对页表的改变。源 自于固态存储器的页面可以在页表中被设置为无效。这可以基于与每个页面关联 的源寄存器。也可以用休眠文件存储页表，例如将页表作为休眠文件的一部分或 者作为在恢复到休眠状态的期间可由处理器410访问的另一个文件。

计算设备400可以确定从休眠状态恢复设备，例如启动。在恢复期间，可以 在处理器410上执行恢复指令426。处理器410可以读取与休眠文件关联的页表。 可以将休眠文件中的每个有效页面复制或放置到易失性存储器中。

如上所述，在一个示例中，源自于固态存储器的页面可以在页表中被设置为 无效。因此，在恢复期间，不将源自于固态存储器的页面复制到易失性存储器。 相反，在计算设备400上执行的过程可以一直等到该页面被使用时，引起将该页 面从固态存储器读取到易失性存储器的错误。

在另一个示例中，并不放弃来自固态存储器的页面。相反，该页面在固态存 储器中的位置可以被指向页表或使用操作系统的虚拟存储器管理系统。在休眠文 件恢复后可以恢复这些页面。此外，可以在后台恢复这些页面。

此外，尽管本文公开的各实施例涉及固态存储器和旋转式硬盘驱动器，但可 在第一非易失性存储设备之间考虑相似方法，第一非易失性存储设备比当前使用 的第二非易失性存储设备快一个数量级。