【摘要】：基于NAND Flash的固態(tài)硬盤憑借著自身良好的讀寫(xiě)性能、高可靠性等諸多優(yōu)點(diǎn),逐漸成為二級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)的主流存儲(chǔ)媒介。由于NAND Flash的寫(xiě)前擦除特性,在進(jìn)行數(shù)據(jù)更新時(shí),不能原地覆蓋,為了提高寫(xiě)入性能,通常采取異地更新的方式,但是該方式會(huì)衍生出更多無(wú)效的舊版本數(shù)據(jù),為了騰出更多的空閑空間,通常情況下,垃圾回收是被NAND FLASH采取用來(lái)重拾因異地更新所產(chǎn)生的無(wú)效數(shù)據(jù)塊的有效機(jī)制,然而,高開(kāi)銷的垃圾回收又帶來(lái)了新的問(wèn)題。垃圾回收是一種既耗時(shí)又損耗閃存壽命的操作,本文從垃圾回收所導(dǎo)致的響應(yīng)延遲、資源利用率低下、高額的數(shù)據(jù)遷移開(kāi)銷等問(wèn)題進(jìn)行了分析,提出了一種基于混合緩存的垃圾回收策略(Mixed Cache Based Garbage Collection,MC-GC),MC-GC 大致工作可分為如下幾個(gè)部分:首先,針對(duì)芯片執(zhí)行垃圾回收時(shí),掛載在同一通道的其它芯片無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,從而導(dǎo)致芯片利用率低下,系統(tǒng)響應(yīng)延遲等問(wèn)題。本文基于緩存的思想,提出了寫(xiě)頁(yè)數(shù)據(jù)回寫(xiě)延遲策略,選擇性的緩存部分阻塞請(qǐng)求數(shù)據(jù)頁(yè),并行地執(zhí)行數(shù)據(jù)寫(xiě)入和垃圾回收。其次,鑒于垃圾回收過(guò)程中,數(shù)據(jù)遷移給閃存帶來(lái)的系統(tǒng)響應(yīng)延遲和寫(xiě)放大等問(wèn)題,本文設(shè)計(jì)了一種基于混合緩存的數(shù)據(jù)遷移方案,對(duì)于預(yù)回收塊,構(gòu)造了一種新的回收代價(jià)函數(shù),并利用緩存對(duì)數(shù)據(jù)頁(yè)遷移進(jìn)行了去冗余設(shè)計(jì),有效減少了垃圾回收的數(shù)據(jù)遷移開(kāi)銷。最后,對(duì)于暫存在混合緩存中的數(shù)據(jù),設(shè)計(jì)了一種基于頁(yè)熱度的混合緩存管理方案,其中較冷的頁(yè)面數(shù)據(jù)會(huì)優(yōu)先被回寫(xiě)到閃存,針對(duì)緩存數(shù)據(jù)頁(yè)回寫(xiě)的I/O分配方式,本文綜合考慮了通道繁忙程度和寫(xiě)入次數(shù)來(lái)進(jìn)行I/O分配,從而減少了整個(gè)系統(tǒng)響應(yīng)延遲和對(duì)閃存壽命的損耗。同時(shí),為了充分利用PCM和DRAM的優(yōu)點(diǎn),我們?cè)O(shè)計(jì)一種基于垃圾回收的頁(yè)面調(diào)度方案,以保證對(duì)DRAM更多的寫(xiě)入,而在PCM中保證讀較為密集的數(shù)據(jù)頁(yè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,MC-GC在寫(xiě)入性能、損耗均衡、寫(xiě)入次數(shù)、數(shù)據(jù)遷移開(kāi)銷等方面都有了較好的改善。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP333
【圖文】：

ＳＳＤ的性能往往取決于很多方面，主要包括ＦＴＬ固件管理算法、閃存控制器的組逡逑織模式、閃存設(shè)備介質(zhì)。此外，主機(jī)接口和存儲(chǔ)利用率也會(huì)影響系統(tǒng)的響應(yīng)延遲逡逑和存儲(chǔ)子系統(tǒng)的帶寬特性。ＳＳＤ的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖２．１所示［５２］：逡逑（ＤＲＡＭ邋；逡逑－邐Ｘ邐－邐－邐邐逡逑ｆ邐＾邋Ｆｌａｓｈ邐Ｆｌａｓｈ邐Ｆｌａｓｈ逡逑，Ｍｅｍｏｒｙ邐，＇一邐Ｍｅｍｏｒｙ＃。邋Ｍｅｍｏｒｙ＃ｌ邐Ｍｅｍｏｒｙ＃ｍ－ｌ逡逑Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ邐Ｃｈａｎｎｅｌ邋ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ邋０邐－．．．－▲邐邐ｊ－邐邐逡逑邐ｔ邐邐？、邐半邋Ｃｈａｎｎｅｌ邋０邋導(dǎo)邐牟逡逑一邐Ａ邐ｍ0邋＼邐——－１—邐逡逑廣＇發(fā)，邐Ｆｌａｓｈ邐Ｆｌａｓｈ邐Ｆｌａｓｈ逡逑Ｈｏｓｔ邋ｉｎｔｅｒｆ；邋ｃｅ邋Ｈｏｓｔ邐Ｍｅｍｏｒｙ＃０邐Ｍｅｍｏｒｙｆｆｌ邐Ｍｅｍｏｒｙ＃ｍ－ｌ逡逑＾邐＾ｉｎｔｅｒｆａｃｅ邋Ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ－＾邋Ｃｈａｎｎｅｌ邋ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ邋１邐Ａ邋Ｃｈａｎｎｅｌ邋１邋４邐未逡逑ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ邐？邐＾邐＾？＾逡逑Ｆｌａｓｈ邐Ｆｌａｓｈ邐Ｆｌａｓｈ逡逑ｖ邐ｊ邋：逡逑〈Ｖ邋邐邐邐、邐，邋？…邐，Ｍｅｍｏｒｙ＃０邋Ｍｅｍｏｒｙ＃！邋．邋Ｍｅｍｏｒｙ＃ｍ－ｌ逡逑Ｂｕｆｆｅｒ邋＼邋＾邋Ｃｈａｎｎｅｌ邋ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ邋ｎ－１邋：邐、？——ｔ邐－邐邐▲邐邋Ａ逡逑邐＼邋Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ邋、丨邋Ｆ：邐邐Ｔ逡逑圖２．１邋ＳＳＤ內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖逡逑９逡逑

各組閃存芯片共享通道，通過(guò)ＨＦＯ緩存讀取和寫(xiě)入數(shù)據(jù)。逡逑２．２．２多級(jí)并行內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)逡逑閃存芯片是一種多層結(jié)構(gòu)模型，如圖２．２列出了閃存芯片的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)關(guān)逡逑系圖，從圖中可以看到，ＮＡＮＤ邋Ｈａｓｈ芯片具有五個(gè)層次結(jié)構(gòu)，它們從內(nèi)而外分逡逑別由頁(yè)（Ｐａｇｅ）、塊（Ｂｌｏｃｋ）、分組（Ｐｌａｎｅ）、晶圓（Ｄｉｅ）、芯片（Ｃｈｉｐ）等逡逑結(jié)構(gòu)組成［５４１逡逑頁(yè)是閃存芯片最里層內(nèi)部結(jié)構(gòu)，也是讀寫(xiě)訪問(wèn)時(shí)的最小操作單元，在通用的逡逑ＭＬＣ邋（Ｍｕｌｔｉ－Ｌｅｖｅｌ邋Ｃｅｌｌ）閃存芯片中，數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)必須是頁(yè)的整數(shù)倍，然而，一逡逑個(gè)物理頁(yè)所包含的空間不只是普通的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，還包含了特殊的額外存儲(chǔ)空逡逑間，這部分特殊的存儲(chǔ)空間主要用來(lái)存儲(chǔ)糾錯(cuò)信息（如ＥＣＣ），邏輯頁(yè)（Ｌｏｇｉｃａｌ逡逑ｐａｇｅ邋ｎｕｍｂｅｒ，丨ｐｎ）等管理數(shù)據(jù)信息，由于閃存的制造工藝獨(dú)有的特性，閃存被逡逑使用一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)壞塊的可能性，為了更有效的管理有效塊與壞塊，需要維逡逑護(hù)一組額外信息將那些壞塊進(jìn)行標(biāo)記除此之外

將會(huì)造成高頻次的頁(yè)面替換，這加重了系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。在第二種模型中，我們逡逑將ＰＣＭ和ＤＲＡＭ設(shè)置在同一層級(jí)，共同為ＮＡＮＤＦＬａｓｈ提供統(tǒng)一的邏輯地址空逡逑間，其架構(gòu)模型如圖２．３所示，該模型不需要太過(guò)復(fù)雜的硬件配置，并具備系統(tǒng)逡逑單元管理相對(duì)簡(jiǎn)單的特性然而，平行級(jí)緩存模型與傳統(tǒng)的緩存模型存在著較逡逑為顯著的差異，對(duì)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和硬件系統(tǒng)架構(gòu)有著深刻的影響，它也改變了逡逑原有存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)必須具備特異性的數(shù)據(jù)鑒別能力，能夠依據(jù)數(shù)據(jù)的特征對(duì)數(shù)逡逑據(jù)進(jìn)行歸類存放，按數(shù)據(jù)特征決定應(yīng)該存入何種存儲(chǔ)介質(zhì)中，使存儲(chǔ)效益最大化。逡逑ＰＣＭ具備幾乎可以忽略不計(jì)的靜態(tài)功耗，其存儲(chǔ)密度也遠(yuǎn)高于ＤＲＡＭ，因此逡逑在搭建大容量緩存時(shí)，ＤＲＡＭ所占比重應(yīng)該比ＰＣＭ小，然而鑒于ＰＣＭ存在受限逡逑的寫(xiě)次數(shù)，較高的動(dòng)態(tài)功耗，較長(zhǎng)的寫(xiě)延時(shí)等問(wèn)題，在該混合緩存架構(gòu)中，應(yīng)該逡逑將寫(xiě)操作遷移到ＤＲＡＭ中

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

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本文編號(hào)：2804079