閃存是一種純電子數(shù)據(jù)存儲設(shè)備,具有體積小、訪問存取速度快、能耗低、抗震性強(qiáng)等特點(diǎn),成為替代或部分替代機(jī)械硬盤的存儲介質(zhì)之一。但是閃存表現(xiàn)出與機(jī)械硬盤完全不一致的物理特性,如讀寫速度不一致及擦除次數(shù)有限等特性,目前針對機(jī)械硬盤設(shè)計(jì)和優(yōu)化的緩存置換算法無法直接應(yīng)用于閃存存儲系統(tǒng);同時(shí),閃存具有異地更新的特性,而且進(jìn)行回收無效頁操作時(shí)必須觸發(fā)垃圾回收機(jī)制,但是現(xiàn)有的垃圾回收算法仍存在不足�；谝陨蟽蓚�(gè)問題本文擬針對閃存存儲系統(tǒng)的緩存置換及垃圾回收算法進(jìn)行研究,具體研究內(nèi)容如下:(1)本文提出一種新的面向閃存數(shù)據(jù)庫的緩沖區(qū)置換算法CF-ARC,該算法引入了一種新的頁面替換機(jī)制,在原有緩沖區(qū)鏈表中加入一個(gè)新的鏡像區(qū),用于保存剛被驅(qū)逐出緩沖區(qū)的頁號信息。同時(shí)將緩存中的頁面分為干凈頁和臟頁兩類,當(dāng)緩沖區(qū)容量滿時(shí)優(yōu)先驅(qū)逐干凈頁,通過鏡像區(qū)與緩沖區(qū)的動態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制,部分解決了CF-LRU算法中的工作區(qū)范圍不好界定的缺陷;(2)為解決CF-ARC算法優(yōu)先驅(qū)逐熱干凈頁而帶來的驅(qū)逐代價(jià)大的問題,本文在上述算法基礎(chǔ)上優(yōu)化后提出H-ARC算法。將緩沖區(qū)分細(xì)分成冷區(qū)和熱區(qū),并專門設(shè)定兩個(gè)鏡像區(qū)鏈表用于保存被驅(qū)逐的閃存頁頁號信息及相關(guān)頁面的參數(shù)值,優(yōu)先將訪問頻度低的干凈頁替換出緩沖區(qū),使得熱頁能繼續(xù)留在緩沖區(qū)從而提高了頁面的命中率。當(dāng)緩沖區(qū)滿時(shí),通過鏡像區(qū)與緩沖區(qū)的動態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制,一定程度上避免了干凈頁剛進(jìn)入緩沖區(qū)便被驅(qū)逐的問題,通過實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)在多數(shù)情況下該算法具有比其它置換算法更高的性能。(3)現(xiàn)有的閃存轉(zhuǎn)換層垃圾回收算法在觸發(fā)垃圾回收操作時(shí)存在缺陷,當(dāng)面臨相同的函數(shù)值時(shí)難以進(jìn)行最優(yōu)的犧牲塊選擇。本文提出一種新的優(yōu)化策略,用于解決在大容量閃存中容易碰到犧牲塊選擇困境的情形,實(shí)驗(yàn)表明新的策略能獲得較好的回收性能,保證了閃存芯片的使用壽命。
【學(xué)位單位】：福建師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP333
【部分圖文】：

圖１．邋１邋ＡＲＣ鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及初始情形逡逑．：逡逑

兩次及以上。當(dāng)一個(gè)己經(jīng)在ＬＦＵ的頁面再次訪問時(shí)，它將被放置在ＬＦＵ鏈表的開始逡逑端（最常用的）。最后，那些真正經(jīng)常訪問的頁面將長久地保存在緩存中，而不經(jīng)逡逑常訪問的頁面將移到鏈表的后面，并最終被逐出，如圖１．３所示。逡逑ＬＲＵ邐｜￣邋Ｉ￣邋Ｑ邋ｒｊ邋０邋１邐１＂邋！｜邋Ｔｈｅ邋Ｃａｃｈｅ逡逑＜——Ｇｈｏｓｔ邋Ｌｉｓｔ（Ｇ１）——Ｈ邋＜邐ＬＲＵ（Ｔ１）ｖ／Ｖ｜－＞邐＜邐ＬＦＵ（１２）邐？邐＜——Ｇｈｏｓｔ邋ＬＦＵ（Ｇ２）——？逡逑ｐｉ逡逑圖１．邋３邋ＡＲＣ鏈表再次讀取Ｐｌ后狀態(tài)逡逑假設(shè)ＬＲＵ鏈表容量己滿如圖１．４所示：為了寫入新的頁面，需要將ＬＲＵ鏈表中逡逑最近最少使用的頁面淘汰出去，操作發(fā)生時(shí)，鏡像區(qū)執(zhí)行操作。首先將所驅(qū)逐頁面逡逑的信息放置在Ｇ１區(qū)，因此頁面不再被緩存直接引用，故將其釋放；其次新的數(shù)據(jù)頁逡逑進(jìn)入緩沖區(qū)，舊的頁面再次被放入Ｇ１區(qū)，隨著越來越多的頁面被淘汰，ＬＲＵ鏡像區(qū)逡逑的頁面信息也將逐漸向尾部移動叩。在稍后的時(shí)間，當(dāng)ＬＲＵ鏡像區(qū)容量達(dá)到上限時(shí)，逡逑頁面信息也將被從Ｇ１區(qū)移除。逡逑－１９－逡逑

Ｐ２首先會被放入到ＬＲＵ鏈表的ＭＲＵ端。逡逑研宄另一不同的頁Ｐ１，也把它放在緩存鏈表Ｔ１中，顯然，他將被放置在最近逡逑使用鏈表Ｈ的ＭＲＵ位置，同時(shí)將頁ｐ２向左移動一個(gè)位置，結(jié)果如圖１．邋２所示；逡逑ＬＲＵ邐｜￣邐｜邐Ｔｈｅ邋Ｃａｃｈｅ邐ＭＲＵ逡逑＜邋Ｇｈｏｓｔ邋Ｌｉｓｔ邋（Ｇ１）邋Ｎ邋＼４邐ＬＲＵ（Ｔ１）邐＾邐ＬＦＵ（Ｔ２）邐＞邋＜邐＜３ｈｏｓｔ邋ＬＦＵ（Ｇ２）—邋？逡逑Ｐ２邋Ｐ１逡逑圖１．邋２邋ＡＲＣ鏈表讀�。校珊鬆顟B(tài)逡逑當(dāng)我們再次讀�。穑鞎r(shí)，依據(jù)ＡＲＣ算法原理，此時(shí)這個(gè)頁面在緩存中將會被移到逡逑ＬＦＵ鏈表中，因?yàn)榇藭r(shí)該頁已被讀取兩次。所有的頁面進(jìn)入ＬＦＵ鏈表必須訪問至少逡逑兩次及以上。當(dāng)一個(gè)己經(jīng)在ＬＦＵ的頁面再次訪問時(shí)，它將被放置在ＬＦＵ鏈表的開始逡逑端（最常用的）。最后，那些真正經(jīng)常訪問的頁面將長久地保存在緩存中，而不經(jīng)逡逑常訪問的頁面將移到鏈表的后面，并最終被逐出，如圖１．３所示。逡逑ＬＲＵ邐｜￣邋Ｉ￣邋Ｑ邋ｒｊ邋０邋１邐１＂邋�。澹裕瑁邋澹茫幔悖瑁邋义希肌牵瑁铮螅翦澹蹋椋螅簦ǎ牵保儒澹歼姡蹋遥眨ǎ裕保觯郑具姡歼姡蹋疲眨ǎ保玻┻姡窟姡肌牵瑁铮螅翦澹蹋疲眨ǎ牵玻�？逡逑ｐｉ逡逑圖１．邋３邋ＡＲＣ鏈表再次讀�。校旌鬆顟B(tài)逡逑假設(shè)ＬＲＵ鏈表容量己滿如圖１．４所示：為了寫入新的頁面，需要將ＬＲＵ鏈表中逡逑最近最少使用的頁面淘汰出去，操作發(fā)生時(shí)，鏡像區(qū)執(zhí)行操作。首先將所驅(qū)逐頁面逡逑的信息放置在Ｇ１區(qū)

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本文編號：2819201