隨著大規(guī)模集成電路和處理器技術(shù)的不斷進(jìn)步,存儲系統(tǒng)與計算核心之間的數(shù)據(jù)處理速度的差異明顯的限制了整個計算系統(tǒng)性能的進(jìn)一步提升,“存儲墻”已經(jīng)成為持續(xù)提升系統(tǒng)性能的關(guān)鍵瓶頸。以固態(tài)硬盤(Solid State Disk,SSD)為代表的非易失性存儲器技術(shù)的應(yīng)用為進(jìn)一步提升存儲系統(tǒng)的效能提供了新的思路。雖然固態(tài)硬盤具有高訪問速度、低功耗等優(yōu)點,但是缺點也尤為明顯,包括讀寫不對稱,閃存塊的擦除次數(shù)有限等。本文主要研究NAND固態(tài)盤設(shè)計中的緩存區(qū)管理策略和磨損均衡算法,以提高固態(tài)盤讀寫性能和壽命。針對固態(tài)硬盤的讀寫不對稱問題,本文設(shè)計了一種基于訪問特性的寫緩存管理策略(Access-Characteristic Write Buffer Management,ACWB)。ACWB 將 ISSP(Incremental Step Pulse Program)的快讀快寫模式和寫緩存結(jié)合起來,并采用新穎的訪問特性識別方式將訪問請求分為只讀、只寫和交錯三種類型。對于只讀只寫頁會直接下放到Flash當(dāng)中,并采用快讀快寫模式降低訪問延遲,對于交錯頁會存入寫緩存中并直接在緩存中命中。緩存區(qū)內(nèi)采用最小寫比例置換算法剔除臟頁,實驗仿真結(jié)果表明,ACWB與BPLRU、BPLRU+兩種緩存區(qū)管理算法從訪問延遲、擦除次數(shù)、緩存命中率三個角度進(jìn)行比較,該策略獲得了很好的性能提升。針對固態(tài)硬盤的擦除次數(shù)有限問題,本文設(shè)計了一種基于權(quán)重堆排序的靜態(tài)磨損均衡算法(Weighted Heap Sort Static Wear-Leveling Algorithm,WHWL)。WHWL設(shè)計了一種基于頁數(shù)據(jù)訪問頻率和塊擦除次數(shù)的權(quán)重計算方法,以提高合理目標(biāo)塊的命中率,避免多余的數(shù)據(jù)遷移操作發(fā)生。其次,設(shè)計了一種基于權(quán)重的堆排序目標(biāo)塊選擇算法,能夠加快目標(biāo)塊的篩選。實驗仿真結(jié)果表明,與PWL和BET相比,在使用相同的映射機(jī)制條件下,WHWL能夠提升固態(tài)硬盤壽命幅度可達(dá)28%、483%,整體磨損均衡度和遷移次數(shù)得到很大改善。
【學(xué)位單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP333
【部分圖文】：

?ＮＡＮＤ固態(tài)盤緩存區(qū)管理及磨損均衡算法研宄???求數(shù)據(jù)等。??相比機(jī)械硬盤，基于ＮＡＮＤ閃存固態(tài)盤具有以下獨特的技術(shù)特性：??（１）體積小，質(zhì)量輕：不存在機(jī)械結(jié)構(gòu)。??（２）非易失性：斷電后存儲的數(shù)據(jù)不會消失。??（３）可靠性：不存在機(jī)械組件，所以存儲的數(shù)據(jù)可靠性高。??（４）低功耗：耗電量非常小。??（５）噪音�。喝鄙贆C(jī)械磁盤的轉(zhuǎn)動部分，不會產(chǎn)生噪音。??（６）讀寫速度快：特別是隨機(jī)存取，速度是機(jī)械磁盤的幾十倍。??（７）擦除次數(shù)有限：閃存塊的特性決定的，一般擦除次數(shù)為１０ｋ？１００ｋ之間。??（８）寫前擦除：寫入數(shù)據(jù)時，當(dāng)前塊必須是干凈塊，否則必須先擦除干凈，??才能寫入數(shù)據(jù)。??ｆ?＇ｉ??

含閃存控制層，它是作為固態(tài)硬盤的中間軟件轉(zhuǎn)存的擦除操作，并負(fù)責(zé)將固態(tài)硬盤模擬成只有讀要是用在異地更新這個機(jī)制上，其選擇一個包含將此塊中的有效數(shù)據(jù)搬移到其他位置上，并擦除個新的塊，擴(kuò)展了固態(tài)盤的有效存儲空間。磨損塊的擦除次數(shù)，避免其中某個塊過快的磨穿，從層介紹??寫前擦除特性，ＳＳＤ不能直接執(zhí)行就地更新。因Ｄ實際上會將寫入頁的新數(shù)據(jù)放入新的空白位置異地更新機(jī)制［７］?（Ｏｕｔ－Ｐｌａｃｅ－Ｕｐｄａｔｅ）。然后還需要作系統(tǒng)可以找到最新的副本數(shù)據(jù)。ＳＳＤ控制器維ｒａｎｓｌａｔｉｏｎ?Ｌａｙｅｒ，?ＦＴＬ）的軟件層算法，它將應(yīng)用的物理地址，使得固態(tài)硬盤的地址重映射對操作

工程碩士學(xué)位論文??們結(jié)合頁映射和塊映射提出了混合映射，如圖２．５所示�；旌嫌成鋵⒐虘B(tài)硬盤??的閃存區(qū)域分為數(shù)據(jù)塊區(qū)和日志塊區(qū)，日志塊用來存放更新的數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)塊??用來存放永久數(shù)據(jù)。日志塊區(qū)和數(shù)據(jù)塊區(qū)分別使用頁映射和塊映射［７］。??ＬＰＮ?ＰＰＮ?ＰＰＮ?Ｄａｔａ?００Ｂ??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2836275