發(fā)布時(shí)間：2019-12-01 06:16

【摘要】：隨著信息技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中變得越來越重要。目前，在存儲(chǔ)領(lǐng)域中，出現(xiàn)了一種新的存儲(chǔ)介質(zhì)：閃存。因其容量日益增大、讀寫速度快、抗干擾性強(qiáng)、功耗低等特點(diǎn)，基于閃存的固態(tài)盤（SSD）將有可能取代傳統(tǒng)硬盤成為下一代主流的存儲(chǔ)設(shè)備。但是因?yàn)殚W存的讀寫次數(shù)有限制，即通常所說的閃存的壽命問題，將影響固態(tài)盤的可靠性。隨著固態(tài)盤的廣泛應(yīng)用，為了解決固態(tài)盤的可靠性問題，磨損平衡算法被提出來。 目前的磨損平衡算法面臨著兩個(gè)問題：（1）采用物理塊的磨損次數(shù)作為判斷數(shù)據(jù)更新熱度的標(biāo)準(zhǔn)，并不能真實(shí)地反映數(shù)據(jù)實(shí)際的更新頻率；（2）垃圾回收機(jī)制和磨損平衡機(jī)制帶來的寫入放大會(huì)導(dǎo)致閃存介質(zhì)的性能在使用中逐步下降。針對(duì)這些問題，研究了目前幾種典型的閃存轉(zhuǎn)換層架構(gòu)和磨損平衡算法，分別提出了解決問題的方法：（1）基于邏輯塊熱度因子，判定數(shù)據(jù)更新冷熱程度的方法。熱度因子即一段時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)為特定邏輯塊所分配的物理塊數(shù)目。熱度因子表示了特定邏輯塊的數(shù)據(jù)更新對(duì)物理塊的需求程度，從而更加真實(shí)地反映了邏輯塊的數(shù)據(jù)的實(shí)際更新頻率；（2）一種分治管理架構(gòu)的磨損平衡算法。通過分治管理，讓系統(tǒng)在需要進(jìn)行數(shù)據(jù)遷移的時(shí)候，總是盡可能地采用開銷較小的copy_back方式進(jìn)行plane內(nèi)數(shù)據(jù)遷移，從而達(dá)到減小數(shù)據(jù)遷移的開銷，提升數(shù)據(jù)遷移速度的目的。 測(cè)試結(jié)果表明，基于邏輯塊熱度因子的判定冷熱數(shù)據(jù)的方法有很高的數(shù)據(jù)熱度識(shí)別能力，分治管理的磨損平衡算法極大地提升了速度遷移的速度，克服了固態(tài)盤在使用一段時(shí)間后性能明顯下降的問題。
【圖文】：

應(yīng)用程序向操作系統(tǒng)請(qǐng)求訪問某邏輯數(shù)據(jù)的時(shí)候，實(shí)際上給出址，，閃存控制器的閃存轉(zhuǎn)換層通過分配機(jī)制進(jìn)行尋址，找出數(shù)質(zhì)中的物理頁(yè)地址。與傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)式硬盤不同的是，由于閃存的更新操作的時(shí)候，采用異地更新策略，即每次更新完一個(gè)邏輯新的數(shù)據(jù)所存放的物理頁(yè)稱之為有效頁(yè)，而之前的存放該邏輯為無效頁(yè)25 [9]。由于異地更新策略使得邏輯頁(yè)地址與物理頁(yè)地址據(jù)的不斷更新而不斷改變，因此閃存控制器在處理邏輯頁(yè)地址關(guān)系的時(shí)候，會(huì)維護(hù)一張從邏輯頁(yè)地址到物理頁(yè)地址的映射表的不同，從邏輯頁(yè)地址到物理頁(yè)地址的映射方式分為頁(yè)級(jí)映射[10]這 3 種。存的空閑物理塊數(shù)量達(dá)到一個(gè)閾值下限的時(shí)候，便會(huì)觸發(fā)閃存機(jī)制啟動(dòng)垃圾回收過程。根據(jù)一定的規(guī)則（garbage collection 行回收[11]。的更新和垃圾回收機(jī)制將導(dǎo)致物理塊的磨損，而根據(jù)閃存的物

圖 1.4 兩種磨損平衡算法閃存利用率的比較靜態(tài)磨損平衡算法對(duì)閃存的利用率要比動(dòng)態(tài)磨損平衡算法高很多。不過，靜損平衡算法由于需要執(zhí)行冷熱數(shù)據(jù)的遷移，會(huì)耗費(fèi)更多的開銷，繼而影響讀寫[16]。但是，由于靜態(tài)磨損平衡算法在磨損平衡上的巨大優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)外對(duì)磨損平法的研究基本上都是針對(duì)靜態(tài)磨損平衡算法，試圖讓靜態(tài)磨損平衡算法在保證的磨損平衡的情況下，盡可能地減小對(duì)讀寫性能的影響。.3 本論文的內(nèi)容安排.3.1 主要研究?jī)?nèi)容現(xiàn)有的閃存文件系統(tǒng)存在使用一段時(shí)間以后，會(huì)因?yàn)槔厥諜C(jī)制和磨損平制對(duì)于有效數(shù)據(jù)頁(yè)的遷移而引發(fā)讀寫性能下降的問題。同時(shí)，現(xiàn)有的磨損平衡對(duì)于數(shù)據(jù)更新熱度的衡量不夠精確，不僅加深了閃存介質(zhì)的讀寫性能下降的問題時(shí)也導(dǎo)致了閃存使用壽命的縮短。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TP333

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

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3 張駿;樊曉椏;劉松鶴;;一種Flash存儲(chǔ)器靜態(tài)負(fù)載平衡策略[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用;2006年05期

本文編號(hào)：2568280