發(fā)布時(shí)間：2020-05-07 19:52

【摘要】： 作為磁盤的替代品,NAND閃存被廣泛應(yīng)用于便攜式設(shè)備。但在大部分情況下,NAND閃存只是被作為大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用。隨著智能手機(jī)、掌上電腦等高端嵌入式設(shè)備對(duì)內(nèi)存的占用需求的快速增大,將會(huì)有越來越多的研究關(guān)注如何擴(kuò)大嵌入式設(shè)備的可用內(nèi)存空間,其中一個(gè)研究方向就是在NAND閃存上建立交換系統(tǒng)。 交換系統(tǒng)被應(yīng)用于幾乎所有的現(xiàn)代操作系統(tǒng)中。傳統(tǒng)的交換系統(tǒng)都是在磁盤分區(qū)上建立獨(dú)立的交換分區(qū),使得系統(tǒng)獲得更大的內(nèi)存空間卻不損失執(zhí)行效率。相比磁盤設(shè)備,NAND閃存具有高速、低能耗、抗震、穩(wěn)定等優(yōu)良的特性,可以認(rèn)為在NAND上建立交換系統(tǒng)是現(xiàn)實(shí)和有意義的。 雖然NAND相比于磁盤有著各種優(yōu)良的特性,但是NAND有著致命的弱點(diǎn),即NAND具有擦寫次數(shù)限制。對(duì)某塊擦寫次數(shù)超過限定次數(shù)可能損害該塊,而面對(duì)讀寫頻繁的交換系統(tǒng),能否使NAND避免太早的磨損成為NAND交換系統(tǒng)研究的重點(diǎn)。 針對(duì)如何減緩NAND的磨損,本文提出了一個(gè)新的基于NAND的交換系統(tǒng)架構(gòu)SNSS(Smart NAND Swap System)。相比于傳統(tǒng)的交換系統(tǒng),SNSS的優(yōu)勢(shì)在于為交換系統(tǒng)中引入壓縮緩存機(jī)制,并在此基礎(chǔ)上創(chuàng)造性的提出兩級(jí)回收策略和選擇性壓縮策略,這些機(jī)制和策略的使用,使得系統(tǒng)對(duì)NAND的訪問次數(shù)大為減少。 壓縮緩存實(shí)際是在內(nèi)存空間和NAND交換分區(qū)之間創(chuàng)建了一個(gè)中間層——壓縮緩存分區(qū)。按照SNSS的設(shè)計(jì),壓縮緩存分區(qū)和NAND交換分區(qū)共享同一個(gè)“頁槽地址空間”,所有換出頁將先被壓縮,然后在這個(gè)“頁槽地址空間”中分配空間。壓縮緩存分區(qū)作為NAND交換分區(qū)的緩存存在,以期減少對(duì)NAND的讀寫操作。 針對(duì)NAND寫操作開銷較大的特點(diǎn),SNSS提出兩級(jí)回收策略,即在內(nèi)存頁回收策略上依舊執(zhí)行傳統(tǒng)的LRU策略,而在壓縮緩存分區(qū)中執(zhí)行特殊的回收策略。后者主要根據(jù)對(duì)NAND操作時(shí)“重寫”開銷較大,“創(chuàng)建新頁”開銷次之的特點(diǎn),提出了相應(yīng)的回收原則:優(yōu)先回收“干凈”壓縮頁,其次是“新”壓縮頁,而盡量將“臟”壓縮頁保存在壓縮緩存分區(qū)中。 此外,SNSS使用選擇性壓縮策略,即當(dāng)壓縮率并不理想時(shí),系統(tǒng)將選擇不壓縮,以節(jié)省執(zhí)行時(shí)間。 通過對(duì)SNSS模型的測(cè)試,證明使用壓縮緩存策略的NAND交換系統(tǒng),相比傳統(tǒng)的做法,在不損耗系統(tǒng)執(zhí)行效率的條件下,可以將對(duì)NAND的寫操作次數(shù)減少近一半,NAND的使用壽命可以增長(zhǎng)近一倍。
【圖文】：

屬于進(jìn)程的匿名線性區(qū)（例如，用戶態(tài)堆棧）的頁；屬于進(jìn)程的私有內(nèi)存映射修改過的頁；屬于 IPC 共享線性區(qū)的頁�？梢园l(fā)現(xiàn)，這三種頁面的共性是：他們都是在程序運(yùn)行的時(shí)候動(dòng)態(tài)生產(chǎn)文件系統(tǒng)中沒有對(duì)應(yīng)的文件可以映射。使用交換系統(tǒng)可以使用兩種形式（見圖 1）：一種是使用交換分區(qū)(Swap A部分的類 Unix 系統(tǒng)都在磁盤上專門建立一個(gè)分區(qū)（如 Linux 中稱為 Sw）作為交換頁面的存儲(chǔ)目的地，因?yàn)橹苯訉?duì)磁盤進(jìn)行操作，可以帶來更和更好的穩(wěn)定性；另一種是使用交換文件(Swap File)，如 Windows 通常內(nèi)建立隱藏文件作為交換頁面的存儲(chǔ)目的地，這種方式使用文件系統(tǒng)來差異，，由于不需要建立額外的分區(qū)，所以實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，但失去了部分效往往影響用戶使用交換文件所在的設(shè)備盤內(nèi)的資源。文件系統(tǒng)交換磁盤內(nèi)存SwapOutSwapIn文件系統(tǒng)內(nèi)存交換文SwapOutSwapIn磁盤

圖 2 C.Park[1] XIP-NAND的架構(gòu)相比于普通的 NAND 具有速率上的優(yōu)勢(shì)，相比于傳統(tǒng)的 XIP、SDRAM 等有著價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)，但是復(fù)雜的架構(gòu)使其喪失了廉價(jià)來了更大的不穩(wěn)定性，因此如何使用更簡(jiǎn)單的方案使得 NAND 具舊是一個(gè)熱點(diǎn)。相應(yīng)的一些廠商已經(jīng)推出了類似功能的 NAND 產(chǎn)公司的 OneNAND 外，還有 Sandisk 的 iNAND、M-Systems 的。究比，F(xiàn)lash 最突出的問題就是使用壽命問題。對(duì)某個(gè)塊過量的擦除部單元不穩(wěn)定或失效。因此，要盡量避免頻繁地對(duì)同一塊地址操作，單元提前損壞，即所謂的負(fù)載平衡（見 2.1.3）ND 在軟件層面上的研究主要集中在文件系統(tǒng)領(lǐng)域。目前，常用的統(tǒng)有 JFFS2（參考文獻(xiàn)[2]），YAFFS（參考文獻(xiàn)[3]）等。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TP333

【共引文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 孫媛媛;基于Web Service的異構(gòu)關(guān)系數(shù)據(jù)源的集成研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2653469