NAND固态盘缓存区管理及磨损均衡算法研究
发布时间：2020-10-11 07:26
随着大规模集成电路和处理器技术的不断进步,存储系统与计算核心之间的数据处理速度的差异明显的限制了整个计算系统性能的进一步提升,“存储墙”已经成为持续提升系统性能的关键瓶颈。以固态硬盘(Solid State Disk,SSD)为代表的非易失性存储器技术的应用为进一步提升存储系统的效能提供了新的思路。虽然固态硬盘具有高访问速度、低功耗等优点,但是缺点也尤为明显,包括读写不对称,闪存块的擦除次数有限等。本文主要研究NAND固态盘设计中的缓存区管理策略和磨损均衡算法,以提高固态盘读写性能和寿命。针对固态硬盘的读写不对称问题,本文设计了一种基于访问特性的写缓存管理策略(Access-Characteristic Write Buffer Management,ACWB)。ACWB 将 ISSP(Incremental Step Pulse Program)的快读快写模式和写缓存结合起来,并采用新颖的访问特性识别方式将访问请求分为只读、只写和交错三种类型。对于只读只写页会直接下放到Flash当中,并采用快读快写模式降低访问延迟,对于交错页会存入写缓存中并直接在缓存中命中。缓存区内采用最小写比例置换算法剔除脏页,实验仿真结果表明,ACWB与BPLRU、BPLRU+两种缓存区管理算法从访问延迟、擦除次数、缓存命中率三个角度进行比较,该策略获得了很好的性能提升。针对固态硬盘的擦除次数有限问题,本文设计了一种基于权重堆排序的静态磨损均衡算法(Weighted Heap Sort Static Wear-Leveling Algorithm,WHWL)。WHWL设计了一种基于页数据访问频率和块擦除次数的权重计算方法,以提高合理目标块的命中率,避免多余的数据迁移操作发生。其次,设计了一种基于权重的堆排序目标块选择算法,能够加快目标块的筛选。实验仿真结果表明,与PWL和BET相比,在使用相同的映射机制条件下,WHWL能够提升固态硬盘寿命幅度可达28%、483%,整体磨损均衡度和迁移次数得到很大改善。
【学位单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP333
【部分图文】：
?ＮＡＮＤ固态盘缓存区管理及磨损均衡算法研宄???求数据等。??相比机械硬盘，基于ＮＡＮＤ闪存固态盘具有以下独特的技术特性：??（１）体积小，质量轻：不存在机械结构。??（２）非易失性：断电后存储的数据不会消失。??（３）可靠性：不存在机械组件，所以存储的数据可靠性高。??（４）低功耗：耗电量非常小。??（５）噪音小：缺少机械磁盘的转动部分，不会产生噪音。??（６）读写速度快：特别是随机存取，速度是机械磁盘的几十倍。??（７）擦除次数有限：闪存块的特性决定的，一般擦除次数为１０ｋ？１００ｋ之间。??（８）写前擦除：写入数据时，当前块必须是干净块，否则必须先擦除干净，??才能写入数据。??ｆ?＇ｉ??
含闪存控制层，它是作为固态硬盘的中间软件转存的擦除操作，并负责将固态硬盘模拟成只有读要是用在异地更新这个机制上，其选择一个包含将此块中的有效数据搬移到其他位置上，并擦除个新的块，扩展了固态盘的有效存储空间。磨损块的擦除次数，避免其中某个块过快的磨穿，从层介绍??写前擦除特性，ＳＳＤ不能直接执行就地更新。因Ｄ实际上会将写入页的新数据放入新的空白位置异地更新机制［７］?（Ｏｕｔ－Ｐｌａｃｅ－Ｕｐｄａｔｅ）。然后还需要作系统可以找到最新的副本数据。ＳＳＤ控制器维ｒａｎｓｌａｔｉｏｎ?Ｌａｙｅｒ，?ＦＴＬ）的软件层算法，它将应用的物理地址，使得固态硬盘的地址重映射对操作
工程硕士学位论文??们结合页映射和块映射提出了混合映射，如图２．５所示。混合映射将固态硬盘??的闪存区域分为数据块区和日志块区，日志块用来存放更新的数据，而数据块??用来存放永久数据。日志块区和数据块区分别使用页映射和块映射［７］。??ＬＰＮ?ＰＰＮ?ＰＰＮ?Ｄａｔａ?００Ｂ??
【参考文献】
本文编号：2836275
【学位单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP333
【部分图文】：
?ＮＡＮＤ固态盘缓存区管理及磨损均衡算法研宄???求数据等。??相比机械硬盘，基于ＮＡＮＤ闪存固态盘具有以下独特的技术特性：??（１）体积小，质量轻：不存在机械结构。??（２）非易失性：断电后存储的数据不会消失。??（３）可靠性：不存在机械组件，所以存储的数据可靠性高。??（４）低功耗：耗电量非常小。??（５）噪音小：缺少机械磁盘的转动部分，不会产生噪音。??（６）读写速度快：特别是随机存取，速度是机械磁盘的几十倍。??（７）擦除次数有限：闪存块的特性决定的，一般擦除次数为１０ｋ？１００ｋ之间。??（８）写前擦除：写入数据时，当前块必须是干净块，否则必须先擦除干净，??才能写入数据。??ｆ?＇ｉ??
含闪存控制层，它是作为固态硬盘的中间软件转存的擦除操作，并负责将固态硬盘模拟成只有读要是用在异地更新这个机制上，其选择一个包含将此块中的有效数据搬移到其他位置上，并擦除个新的块，扩展了固态盘的有效存储空间。磨损块的擦除次数，避免其中某个块过快的磨穿，从层介绍??写前擦除特性，ＳＳＤ不能直接执行就地更新。因Ｄ实际上会将写入页的新数据放入新的空白位置异地更新机制［７］?（Ｏｕｔ－Ｐｌａｃｅ－Ｕｐｄａｔｅ）。然后还需要作系统可以找到最新的副本数据。ＳＳＤ控制器维ｒａｎｓｌａｔｉｏｎ?Ｌａｙｅｒ，?ＦＴＬ）的软件层算法，它将应用的物理地址，使得固态硬盘的地址重映射对操作
工程硕士学位论文??们结合页映射和块映射提出了混合映射，如图２．５所示。混合映射将固态硬盘??的闪存区域分为数据块区和日志块区，日志块用来存放更新的数据，而数据块??用来存放永久数据。日志块区和数据块区分别使用页映射和块映射［７］。??ＬＰＮ?ＰＰＮ?ＰＰＮ?Ｄａｔａ?００Ｂ??
【参考文献】
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本文编号：2836275
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