基于NAND Flash存储器的FTL优化算法的设计与实现

发布时间：2019-10-08 06:17

【摘要】：传统硬盘由于其机械物理结构的特点,在快速发展的移动信息技术中己突显其局限性,而由NAND flash芯片构成的固态硬盘因其低功耗、无噪音、抗震动、低热量、体积小等特点,迅速在存储器系统市场中拓展占有率,成为最具技术前景和发展空间的存储系统之一。采用NAND flash作为固态硬盘的主要存储芯片,需要应用一定的技术使其满足固态硬盘随机读写访问的特性。目前普遍采用的方法有：通过增加访问请求连续性使其适应NAND flash存储的特性；通过增加DRAM缓存以适应随机读写访问的特性；采用Flash Translation Layer (FTL)技术,通过在上层文件系统与底层flash存储器之间使用FTL,以隐藏flash存储器的特性,进而使固态硬盘的IO读写访问像普通磁盘操作一样快速等等。‘近年来,尤以FTL技术发展最快,已成为这一领域的热门研究方向。 FTL具有三点主要功能：地址映射、垃圾回收和磨损均衡。本文针对FTL算法的页级地址映射算法、块级地址映射算法和混合地址映射算法做了进一步的研究和分析,总结出页级地址映射的特有优势和不足。同时,在页级地址映射的算法基础上提出了算法优化方案,设计了新的FTL地址映射算法——CFS-FTL算法。本算法基于IO访问请求的局部性特征,将IO访问请求分为两类并采用不同的缓存表对其进行处理,以此来提高系统的命中率。与此同时,采用干净页优先替换的缓存策略,优化了传统的LRU算法,在提高系统命中率的同时有效减少了写回操作的开销,缩短了系统的响应时间；算法根据访问请求的类型调整缓存表内容,有效地利用了SRAM缓存空间,增加了缓存管理的适应性；此外,CFS-FTL对垃圾回收策略进行优化,将数据块区划分为冷热两类并集中处理热数据块,以减少存储器中的块擦写次数,最终达到延长存储器寿命的目的。本文详细描述了CFS-FTL算法的架构设计和优化内容,并在FlashSim模拟器上实现了算法仿真。最后,对实验结果做了性能分析,并与相关算法进行了比较,以此验证了CFS-FTL的有效性和可行性。
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP333.35

【共引文献】