本文關(guān)鍵詞：固態(tài)硬盤的閃存轉(zhuǎn)換層映射策略研究　出處：《重慶大學》2012年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：固態(tài)硬盤因其讀寫速度快、低功耗、無噪音、抗震動、低熱量、體積小和非易失等特點而被廣泛應用于軍事、車載、視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡監(jiān)控、網(wǎng)絡終端、電力、航空等領(lǐng)域。但是由于固態(tài)硬盤的物理結(jié)構(gòu)和存儲介質(zhì)NAND FLASH的先擦后寫以及擦除次數(shù)有限等特性使得應用于傳統(tǒng)硬盤的文件系統(tǒng)不能直接應用于固態(tài)硬盤。解決這些問題的方案是在閃存設備之上增加一個FTL(Flash TranslationLayer)將閃存設備模擬成與磁盤一致的塊設備結(jié)構(gòu)，從而使得傳統(tǒng)的存儲管理技術(shù)可以直接應用于閃存設備上。 FTL在閃存管理上有著重要的作用，近些年來，三種類型的FTL算法被相繼提出，分別是頁映射，塊映射和混合映射。頁映射可以把任意一個邏輯頁映射到任意的物理頁，高效靈活但是映射表會消耗很多SRAM。塊映射只有邏輯塊和物理塊可以任意映射，每個頁只能映射到某個物理塊中固定位置，節(jié)省了很多SRAM但是減少了很多頁的映射機會，會導致垃圾回收頻繁運行，，影響整個系統(tǒng)性能�；旌嫌成涫前岩恍〔糠肿罱逻^的頁使用頁映射，余下的頁使用塊映射，但是這個方法在垃圾回收的時候，邏輯很復雜，需要各種合并操作，性能也容易差。現(xiàn)在主流的做法是把最近使用過的映射表作為熱數(shù)據(jù)，緩存在有限的SRAM里，然后把大部分的映射表放在閃存上，依靠局部性來加速映射速度，提高IOPS。 本文的研究工作主要包括以下幾個方面： ①研究了固態(tài)硬盤的關(guān)鍵技術(shù)，SAS接口技術(shù)，多通道并行技術(shù)，這兩項技術(shù)是固態(tài)硬盤性能提升的關(guān)鍵。深入研究了固態(tài)存儲的垃圾回收原理和磨損均衡策略。 ②研究了閃存轉(zhuǎn)換層的必要性及其基本原理；研究了目前常用和主流的FTL算法，分析了相關(guān)技術(shù)問題以及解決方案，并用Flashsim仿真模擬器對相關(guān)算法進行了對比仿真。 ③設計了一種閃存轉(zhuǎn)換層映射策略。本文深入研究DFTL算法，從DFTL策略實現(xiàn)技術(shù)分析入手，指出了其所存在的局限性，提出了改進后的ADFTL算法，同時考慮了數(shù)據(jù)訪問的時間和空間局部性，從而有效的提高了緩存的命中率，減少了垃圾回收負荷，加快了系統(tǒng)響應，減少了塊的擦除次數(shù)。用Flashsim仿真模擬器仿真的結(jié)果證明了所設計的閃存轉(zhuǎn)換層映射策略的有效性。
[Abstract]:Solid state hard disk is widely used in military, vehicle-borne, video surveillance, network monitoring, network terminal and electric power because of its high speed of reading and writing, low power consumption, noise free, aseismic, low heat, small volume and non-volatile. But due to the physical structure of solid state hard disk and storage medium NAND. The characteristics of FLASH, such as first erasing and then writing and limited erasing times, make the file system applied to traditional hard disk can not be directly applied to solid state disk. The solution to these problems is to add an FT to the flash memory device. L(. Flash Translation layer simulates the flash device into a block device structure consistent with the disk. Thus, the traditional storage management technology can be directly applied to flash memory devices. FTL plays an important role in flash memory management. In recent years, three types of FTL algorithms have been proposed one after another, namely page mapping. Block mapping and hybrid mapping. Page mapping can map any logical page to any physical page. It is efficient and flexible but the mapping table will consume a lot of SRAM.Block mapping only logical and physical blocks can be mapped arbitrarily. Each page can only be mapped to a fixed location in a physical block, saving a lot of SRAM but reducing mapping opportunities for many pages, resulting in garbage collection running frequently. Hybrid mapping uses page mappings for a small number of recently updated pages and blocks for the rest, but this approach is complex when garbage collection occurs. It requires a variety of merge operations and performance is easy. The prevailing practice now is to use the recently used mapping table as hot data, cache it in a limited SRAM, and then place most of the mapping tables on flash memory. Rely on locality to accelerate mapping speed and improve IOPS. The research work of this paper mainly includes the following aspects: 1. The key technology of solid state hard disk, SAS interface technology and multi-channel parallel technology are studied. These two technologies are the key to improve the performance of solid-state hard disk. The principle of solid state storage garbage collection and wear equalization strategy are deeply studied. (2) the necessity and basic principle of flash memory conversion layer are studied. In this paper, the common and mainstream FTL algorithms are studied, and the related technical problems and solutions are analyzed, and the relative algorithms are compared and simulated with the Flashsim simulation simulator. 3. This paper designs a mapping strategy of flash memory conversion layer. This paper deeply studies the DFTL algorithm, and points out its limitations from the technical analysis of DFTL strategy implementation. An improved ADFTL algorithm is proposed, which considers the time and space localization of data access, which improves the hit rate of cache effectively, reduces the garbage collection load, and speeds up the system response. The simulation results of Flashsim simulator show the effectiveness of the proposed mapping strategy.
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TP333.35

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本文編號：1373931