閃存(Flash Memory)是嵌入式系統(tǒng)中一種常用的存儲(chǔ)介質(zhì),具有體積小、容量大、成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)。它最早為人所知是通過U盤的普及�，F(xiàn)在,隨著手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、PDA、便攜式游戲機(jī)等消費(fèi)電子產(chǎn)品的日漸普及,閃存在我們?nèi)粘Ｉ钪械氖褂靡苍絹碓綇V泛。閃存主要分為NOR型和NAND型兩類。NOR型閃存擁有獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線和地址總線,讀取速度快,適合存儲(chǔ)程序代碼,NAND型閃存的數(shù)據(jù)、地址采用同一總線,讀取速度較慢,但擦寫速度快,適合大容量文件和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。隨著閃存容量的加大,閃存文件系統(tǒng)的要求也越來越高,它對閃存的存儲(chǔ)管理直接影響閃存的性能和工作效率。目前可用于NAND型閃存的文件系統(tǒng)包括集中索引的文件系統(tǒng)和專門針對NAND閃存設(shè)計(jì)的文件系統(tǒng)�，F(xiàn)在已出現(xiàn)多種基于閃存的文件系統(tǒng),如JFFS/JFFS2、YAFFS、LFM、UBIFS等。閃存文件系統(tǒng)的研究包括以下幾個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù):(1)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。(2)文件管理機(jī)制。(3)文件系統(tǒng)加載。(4)垃圾回收機(jī)制與磨損均衡處理。 本文研究工作建立在閃存文件系統(tǒng)的一些關(guān)鍵技術(shù)上,首先對新興發(fā)展的閃存文件系統(tǒng)UBIFS進(jìn)行深入的研究和分析,詳細(xì)介紹UBIFS的層次結(jié)構(gòu),文件日志管理與垃圾回收機(jī)制等一些關(guān)鍵技術(shù)。并著重分析了UBI子系統(tǒng)的磨損均衡機(jī)制。然后從內(nèi)部結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面分析比較UBIFS與已有的常用閃存文件系統(tǒng)JFFS2之間的性能差異,分析UBIFS性能的優(yōu)越性。但是通過分析UBIFS文件系統(tǒng)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù),還發(fā)現(xiàn)了UBIFS中的UBI子系統(tǒng)在管理磨損均衡方面的存在著兩大局限性:一是在實(shí)際操作中不能很好的適應(yīng)由擦除塊中數(shù)據(jù)頻繁更新造成的部分擦除塊磨損次數(shù)過多的問題。二是不能有效實(shí)現(xiàn)擦除塊中冷熱數(shù)據(jù)的搬移。針對上述問題,本文提出了一種基于邏輯擦除塊溫度和物理擦除塊年齡的新的磨損均衡算法,即LTPA(leb temperature peb age)算法。LTPA算法實(shí)現(xiàn)把高溫的邏輯塊映射到青年的物理塊中,把低溫的邏輯塊映射到老年的物理塊中。其中邏輯塊溫度的高低由數(shù)據(jù)寫頻率的高低來判斷,物理塊年齡的大小由擦除次數(shù)來決定。在邏輯塊層,通過局部操作時(shí)間的方法來預(yù)測邏輯塊的溫度。同時(shí)用循環(huán)隊(duì)列的方式來管理空閑物理塊的分配策略,循環(huán)隊(duì)列中使用二分查找的搜索策略,并實(shí)現(xiàn)冷熱數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換,從而更好的達(dá)到了磨損均衡的效果。通過實(shí)驗(yàn)仿真比較了LTPA算法與UBI現(xiàn)有的磨損均衡算法性能上的差異。進(jìn)一步證明了LTPA算法在磨損均衡應(yīng)用中的優(yōu)越性。 最后針對UBIFS中垃圾回收策略的不足,提出了一種更加合理的垃圾回收改造設(shè)計(jì)方案,該方案著重考慮臟塊中有效數(shù)據(jù)與臟數(shù)據(jù)的比例。它是一種基于循環(huán)隊(duì)列的臟塊管理垃圾回收策略。該策略應(yīng)用于UBIFS中時(shí)能使閃存文件系統(tǒng)的管理更加高效。
【學(xué)位單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：TP333
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 研究背景
        1.1.1 閃存介紹
        1.1.2 閃存的讀寫方式與存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)
        1.1.3 閃存文件系統(tǒng)介紹及研究現(xiàn)狀
    1.2 本文的主要研究內(nèi)容
    1.3 論文的組織結(jié)構(gòu)
    1.4 本章小結(jié)
第2章 Linux 文件系統(tǒng)接口
    2.1 虛擬文件系統(tǒng)
    2.2 Linux MTD 介紹
    2.3 本章小結(jié)
第3章 UBIFS 文件系統(tǒng)的研究與分析
    3.1 UBIFS 文件系統(tǒng)概述
    3.2 UBI 子系統(tǒng)分析
        3.2.1 UBI 模塊簡介
        3.2.2 UBI 子系統(tǒng)中幾個(gè)關(guān)鍵的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
        3.2.3 UBI 的磨損均衡機(jī)制和壞塊管理
    3.3 UBIFS 的分區(qū)結(jié)構(gòu)
    3.4 UBIFS 的索引結(jié)構(gòu)
    3.5 UBIFS 的日志管理與回寫支持
    3.6 UBIFS 與 JFFS2 性能的分析與比較
    3.7 UBIFS 存在的問題
    3.8 本章小結(jié)
第4章 一種基于邏輯塊溫度和物理塊年齡的磨損均衡算法
    4.1 LTPA 算法基本思想的描述
    4.2 基于局部操作時(shí)間的邏輯塊溫度預(yù)測方法
    4.3 基于循環(huán)隊(duì)列的空閑塊分配策略
        4.3.1 循環(huán)隊(duì)列的基本結(jié)構(gòu)
        4.3.2 循環(huán)隊(duì)列實(shí)現(xiàn)空閑塊分配的工作過程
        4.3.3 循環(huán)隊(duì)列空閑塊分配的搜索策略
    4.4 LTPA 算法與UBI 現(xiàn)有的磨損均衡算法實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較
    4.5 本章小結(jié)
第5章 基于 UBIFS 改進(jìn)的垃圾回收算法
    5.1 UBIFS 中現(xiàn)有的垃圾回收算法
    5.2 基于循環(huán)隊(duì)列臟塊管理的垃圾回收策略
    5.3 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 對本文的總結(jié)
    6.2 對未來工作的展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目和成果

【參考文獻(xiàn)】

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