【摘要】：固態(tài)硬盤(Solid State Driver,SSD)采用半導體作為存儲介質(zhì)。其無需依賴任何機械裝置、不需要尋道,從而降低了 I/O請求訪問延遲,同時以功耗低、抗震防摔、體積小等優(yōu)點逐漸取代機械硬盤。SSD大多將閃存(NAND Flash)作為存儲媒介,NAND Flash的存儲方式依賴其物理特性,現(xiàn)有文件系統(tǒng)不能直接訪問或操作SSD,為了文件系統(tǒng)能夠像訪問機械硬盤一樣來訪問SSD,需要在NAND Flash和文件系統(tǒng)之間增加一層軟件層(閃存轉(zhuǎn)換層,Flash Translation Layer,FTL)。FTL算法對整個SSD來說至關重要,且FTL的優(yōu)劣將直接影響到整個產(chǎn)品的性能。首先介紹NAND Flash的物理結構以及工作原理,然后介紹了 FTL算法中的多個重要模塊及其功能。通過對現(xiàn)有的幾種地址映射算法的研究與分析,最后在DFTL的基礎上,利用S666控制器硬件資源以及NAND Flash存儲特性設計了本文的FTL算法。本文從地址映射、垃圾回收、磨損均衡、出廠壞塊管理、錯誤處理以及上電恢復這六大功能模塊方面對FTL算法進行優(yōu)化設計,并將此算法以固件的形式量產(chǎn)到NAND Flash中,再以SSD控制器來檢驗本算法的可行性。在地址映射中,設計CMT、GMT、GTD以及CMTnum來優(yōu)化尋址,對CMT增加LEN屬性欄,將多條連續(xù)映射記錄合并成一條,有效降低對緩存槽的占用;CMTnum記錄CMT中的映射單元數(shù),按CMTnum最大值來批量剔除CMT中的映射單元,降低全局映射頁的更新頻率;二級緩存可用于服務文件系統(tǒng)的空間局部性請求,提高了 FTL對連續(xù)數(shù)據(jù)的處理能力。通過對NAND Flash進行破壞性測試,建立剩余擦除次數(shù)模型,設計出RECT,RECT優(yōu)先選擇剩余壽命最高的物理塊,以保證磨損均衡,并使得所有物理塊能在同一時刻達到壽命極限。主動垃圾回收完成冷熱數(shù)據(jù)交換,被動垃圾回收通過回收最多無效頁的物理塊來降低垃圾回收的代價。壞塊管理提供三種掃描出廠壞塊的方式,壞塊管理以及錯誤處理機制以確保NAND Flash中數(shù)據(jù)的可靠性。上電恢復系統(tǒng)讓SSD能夠恢復到上次掉電之前的情況,使得SSD再次啟動時能夠快速進入準備狀態(tài)。測試結果表明,將本算法應用到SSD中,使得數(shù)據(jù)讀寫速率較快,且性能穩(wěn)定。
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２．２．１邋ＮＡＮＤ邋Ｆｌａｓｈ邋工作原理逡逑ＮＡＮＤ邋Ｈａｓｈ是一種非易失性存儲器，具有掉電數(shù)據(jù)不丟失的特性ＮＡＮＤ邋Ｆｌａｓｈ基本逡逑存儲單元是一種雙層浮空柵（＇Ｆｌｏａｔｉｎｇ邋Ｇａｔｅ）邋ＭＯＳ管組成［３５］，，如圖２．１所示：逡逑Ｃｏｎｔｒｏｌ邋Ｇａｔｅ逡逑邐Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ邐逡逑Ｃ３邋１＝３邐Ｃ＝３邋ｒｍ邋Ｃ＝３邋Ｃ＝３邋１＝３逡逑１＝３邋Ｆｌｏａｔｉｎｇ邋Ｇａｔｅ逡逑ｃ＝ａ邋ｃａ邋ｃ＝ａ邋ｃ＝ａ邋ｃ＝ａ邋ｅ＝ａ邋ｃ＝ｓ逡逑Ｇａｔｅ邋Ｏｘｉｄｅ逡逑－一邐—邋，邋☆N炛蠳濶濶濶炲澹埽擼剩校齲幔歟裕體逡誨義襄危校鰨澹ⅲ

本文編號：2672583