混合映射方式下磨损平衡算法的研究与实现

发布时间：2019-12-01 06:16

【摘要】：随着信息技术的发展，存储在计算机系统结构中变得越来越重要。目前，在存储领域中，出现了一种新的存储介质：闪存。因其容量日益增大、读写速度快、抗干扰性强、功耗低等特点，基于闪存的固态盘（SSD）将有可能取代传统硬盘成为下一代主流的存储设备。但是因为闪存的读写次数有限制，即通常所说的闪存的寿命问题，将影响固态盘的可靠性。随着固态盘的广泛应用，为了解决固态盘的可靠性问题，磨损平衡算法被提出来。 目前的磨损平衡算法面临着两个问题：（1）采用物理块的磨损次数作为判断数据更新热度的标准，并不能真实地反映数据实际的更新频率；（2）垃圾回收机制和磨损平衡机制带来的写入放大会导致闪存介质的性能在使用中逐步下降。针对这些问题，研究了目前几种典型的闪存转换层架构和磨损平衡算法，分别提出了解决问题的方法：（1）基于逻辑块热度因子，判定数据更新冷热程度的方法。热度因子即一段时间内系统为特定逻辑块所分配的物理块数目。热度因子表示了特定逻辑块的数据更新对物理块的需求程度，从而更加真实地反映了逻辑块的数据的实际更新频率；（2）一种分治管理架构的磨损平衡算法。通过分治管理，让系统在需要进行数据迁移的时候，总是尽可能地采用开销较小的copy_back方式进行plane内数据迁移，从而达到减小数据迁移的开销，提升数据迁移速度的目的。 测试结果表明，基于逻辑块热度因子的判定冷热数据的方法有很高的数据热度识别能力，分治管理的磨损平衡算法极大地提升了速度迁移的速度，克服了固态盘在使用一段时间后性能明显下降的问题。
【图文】：

应用程序向操作系统请求访问某逻辑数据的时候，实际上给出址，，闪存控制器的闪存转换层通过分配机制进行寻址，找出数质中的物理页地址。与传统旋转式硬盘不同的是，由于闪存的更新操作的时候，采用异地更新策略，即每次更新完一个逻辑新的数据所存放的物理页称之为有效页，而之前的存放该逻辑为无效页25 [9]。由于异地更新策略使得逻辑页地址与物理页地址据的不断更新而不断改变，因此闪存控制器在处理逻辑页地址关系的时候，会维护一张从逻辑页地址到物理页地址的映射表的不同，从逻辑页地址到物理页地址的映射方式分为页级映射[10]这 3 种。存的空闲物理块数量达到一个阈值下限的时候，便会触发闪存机制启动垃圾回收过程。根据一定的规则（garbage collection 行回收[11]。的更新和垃圾回收机制将导致物理块的磨损，而根据闪存的物

图 1.4 两种磨损平衡算法闪存利用率的比较静态磨损平衡算法对闪存的利用率要比动态磨损平衡算法高很多。不过，静损平衡算法由于需要执行冷热数据的迁移，会耗费更多的开销，继而影响读写[16]。但是，由于静态磨损平衡算法在磨损平衡上的巨大优势，国内外对磨损平法的研究基本上都是针对静态磨损平衡算法，试图让静态磨损平衡算法在保证的磨损平衡的情况下，尽可能地减小对读写性能的影响。.3 本论文的内容安排.3.1 主要研究内容现有的闪存文件系统存在使用一段时间以后，会因为垃圾回收机制和磨损平制对于有效数据页的迁移而引发读写性能下降的问题。同时，现有的磨损平衡对于数据更新热度的衡量不够精确，不仅加深了闪存介质的读写性能下降的问题时也导致了闪存使用寿命的缩短。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP333

【参考文献】

相关期刊论文 前3条

1 李力;闪速存储器技术现状及发展趋势[J];单片机与嵌入式系统应用;2001年08期

2 Gary Wang;;深入浅出聊闪存[J];电子与电脑;2006年08期

3 张骏;樊晓桠;刘松鹤;;一种Flash存储器静态负载平衡策略[J];计算机应用;2006年05期

本文编号：2568280