Flash存储器混合型地址映射算法研究

发布时间：2017-09-09 04:45

  本文关键词：Flash存储器混合型地址映射算法研究

  更多相关文章： NAND Flash 地址映射 混合型 自适应 垃圾回收

【摘要】：Flash存储器具有非易失、低能耗以及高稳定性等优点，目前已成为最好的存储媒介之一。但其先擦后写、读写不平衡、可靠工作时长受擦除次数限制等缺陷，导致其应用于通用文件系统时需借助Flash转换层实现地址映射、垃圾回收和磨损均衡管理。本文将最为基础和关键的地址映射算法作为研究重点，在对经典的地址映射算法研究的基础上，着重对混合型地址映射算法进行改进。 针对目前经典混合型地址映射机制普遍存在随机写性能差的问题，本文对混合型地址映射机制地址映射信息表结构进行改进。首先，在传统的块级地址映射表中加入了剩余页数和日志块链表信息，可根据负载特性自适应地调用日志块；其次，将全部的页级地址映射信息存于NAND Flash中，充分利用工作负载的时间局部性和空间局部性，，动态地向SRAM中加载和卸载页级映射信息。此种混合型地址映射策略可明显减少垃圾回收过程中的全合并操作，并可有效延缓垃圾回收操作，从而提高Flash存储器的随机写入性能，因此称本文算法为FRW（FastRead and Write），为快速访问之意。 本文在FlashSim仿真平台上将FRW算法与经典FAST算法进行仿真对比，通过一系列真实trace文件作为工作负载进行仿真实验，FRW算法在读写性能、垃圾回收开销以及整体性能上均有不同程度的改进。其中，以随机访问为主的OLTP trace文件作为工作负载时，系统的平均响应时间最大提升幅度可以达到30%以上。 为实现FRW算法的全面测试，利用哈尔滨工业大学自动化测试与控制研究所的NAND Flash算法验证平台对FRW算法进行硬件验证，并与FAST算法在顺序访问性能和随机访问性能上做进一步的对比。结果表明，FRW算法在顺序访问性能上较FAST算法差别很小，但在随机访问性能方面，FRW算法在每秒传输数据量上的改进幅度为34.6%。
【关键词】：NAND Flash 地址映射 混合型 自适应 垃圾回收
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9
• 1.2 国内外研究现状分析9-10
• 1.3 固态硬盘简介及存储技术介绍10-15
• 1.3.1 固态硬盘简介10-11
• 1.3.2 Flash Memory 存储技术11-13
• 1.3.3 NAND Flash 固态硬盘结构13-15
• 1.4 主要研究内容及论文结构15-17
• 第2章 NAND Flash 关键技术简介17-32
• 2.1 引言17
• 2.2 Nand Flash 基本工作原理17-19
• 2.2.1 Nand Flash 的基本操作17-18
• 2.2.2 异地更新与本地更新18-19
• 2.3 Nand Flash 关键技术介绍19-27
• 2.3.1 FTL 简介19-20
• 2.3.2 地址映射20-24
• 2.3.3 垃圾回收24-26
• 2.3.4 磨损平衡26-27
• 2.4 混合型 FTL 地址映射算法介绍27-31
• 2.4.1 日志更新块策略27-28
• 2.4.2 BAST 地址映射策略28-29
• 2.4.3 FAST 地址映射策略29-30
• 2.4.4 超级块地址映射策略30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 FRW 混合型地址映射算法32-44
• 3.1 引言32
• 3.2 FRW 算法设计思路32-33
• 3.3 FRW 算法地址映射策略33-38
• 3.3.1 地址映射表结构优化33-35
• 3.3.2 地址映射表的自适应动态分配策略35-38
• 3.4 FRW 算法实现38-42
• 3.4.1 读操作38-40
• 3.4.2 写操作40-41
• 3.4.3 垃圾回收策略41-42
• 3.5 本章小结42-44
• 第4章 FRW 混合型地址映射算法软件仿真44-58
• 4.1 引言44
• 4.2 仿真平台简介44-45
• 4.3 仿真环境搭建45-48
• 4.3.1 实验参数设置45-46
• 4.3.2 实验 trace 介绍与获取46-48
• 4.4 仿真结果与性能分析48-57
• 4.4.1 读性能分析48-49
• 4.4.2 写性能分析49-51
• 4.4.3 垃圾回收开销分析51-54
• 4.4.4 整体性能分析54-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第5章 FRW 混合地址映射算法硬件验证58-65
• 5.1 引言58
• 5.2 硬件平台简介58-60
• 5.3 顺序访问性能分析60-62
• 5.4 随机访问性能分析62-64
• 5.5 本章小结64-65
• 结论65-67
• 参考文献67-71
• 攻读学位期间发表的学术论文71-73
• 致谢73-74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 郑文静;李明强;舒继武;;Flash存储技术[J];计算机研究与发展;2010年04期

2 Youngjae Kim;Aayush Gupta;Bhuvan Urgaonkar;;A Temporal Locality-Aware Page-Mapped Flash Translation Layer[J];Journal of Computer Science & Technology;2013年06期

本文编号：818379