本文關(guān)鍵詞：Flash存儲器混合型地址映射算法研究

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【摘要】：Flash存儲器具有非易失、低能耗以及高穩(wěn)定性等優(yōu)點，目前已成為最好的存儲媒介之一。但其先擦后寫、讀寫不平衡、可靠工作時長受擦除次數(shù)限制等缺陷，導致其應(yīng)用于通用文件系統(tǒng)時需借助Flash轉(zhuǎn)換層實現(xiàn)地址映射、垃圾回收和磨損均衡管理。本文將最為基礎(chǔ)和關(guān)鍵的地址映射算法作為研究重點，在對經(jīng)典的地址映射算法研究的基礎(chǔ)上，著重對混合型地址映射算法進行改進。 針對目前經(jīng)典混合型地址映射機制普遍存在隨機寫性能差的問題，本文對混合型地址映射機制地址映射信息表結(jié)構(gòu)進行改進。首先，在傳統(tǒng)的塊級地址映射表中加入了剩余頁數(shù)和日志塊鏈表信息，可根據(jù)負載特性自適應(yīng)地調(diào)用日志塊；其次，將全部的頁級地址映射信息存于NAND Flash中，充分利用工作負載的時間局部性和空間局部性，，動態(tài)地向SRAM中加載和卸載頁級映射信息。此種混合型地址映射策略可明顯減少垃圾回收過程中的全合并操作，并可有效延緩垃圾回收操作，從而提高Flash存儲器的隨機寫入性能，因此稱本文算法為FRW（FastRead and Write），為快速訪問之意。 本文在FlashSim仿真平臺上將FRW算法與經(jīng)典FAST算法進行仿真對比，通過一系列真實trace文件作為工作負載進行仿真實驗，F(xiàn)RW算法在讀寫性能、垃圾回收開銷以及整體性能上均有不同程度的改進。其中，以隨機訪問為主的OLTP trace文件作為工作負載時，系統(tǒng)的平均響應(yīng)時間最大提升幅度可以達到30%以上。 為實現(xiàn)FRW算法的全面測試，利用哈爾濱工業(yè)大學自動化測試與控制研究所的NAND Flash算法驗證平臺對FRW算法進行硬件驗證，并與FAST算法在順序訪問性能和隨機訪問性能上做進一步的對比。結(jié)果表明，F(xiàn)RW算法在順序訪問性能上較FAST算法差別很小，但在隨機訪問性能方面，F(xiàn)RW算法在每秒傳輸數(shù)據(jù)量上的改進幅度為34.6%。
【關(guān)鍵詞】：NAND Flash 地址映射 混合型 自適應(yīng) 垃圾回收
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TP333
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析9-10
• 1.3 固態(tài)硬盤簡介及存儲技術(shù)介紹10-15
• 1.3.1 固態(tài)硬盤簡介10-11
• 1.3.2 Flash Memory 存儲技術(shù)11-13
• 1.3.3 NAND Flash 固態(tài)硬盤結(jié)構(gòu)13-15
• 1.4 主要研究內(nèi)容及論文結(jié)構(gòu)15-17
• 第2章 NAND Flash 關(guān)鍵技術(shù)簡介17-32
• 2.1 引言17
• 2.2 Nand Flash 基本工作原理17-19
• 2.2.1 Nand Flash 的基本操作17-18
• 2.2.2 異地更新與本地更新18-19
• 2.3 Nand Flash 關(guān)鍵技術(shù)介紹19-27
• 2.3.1 FTL 簡介19-20
• 2.3.2 地址映射20-24
• 2.3.3 垃圾回收24-26
• 2.3.4 磨損平衡26-27
• 2.4 混合型 FTL 地址映射算法介紹27-31
• 2.4.1 日志更新塊策略27-28
• 2.4.2 BAST 地址映射策略28-29
• 2.4.3 FAST 地址映射策略29-30
• 2.4.4 超級塊地址映射策略30-31
• 2.5 本章小結(jié)31-32
• 第3章 FRW 混合型地址映射算法32-44
• 3.1 引言32
• 3.2 FRW 算法設(shè)計思路32-33
• 3.3 FRW 算法地址映射策略33-38
• 3.3.1 地址映射表結(jié)構(gòu)優(yōu)化33-35
• 3.3.2 地址映射表的自適應(yīng)動態(tài)分配策略35-38
• 3.4 FRW 算法實現(xiàn)38-42
• 3.4.1 讀操作38-40
• 3.4.2 寫操作40-41
• 3.4.3 垃圾回收策略41-42
• 3.5 本章小結(jié)42-44
• 第4章 FRW 混合型地址映射算法軟件仿真44-58
• 4.1 引言44
• 4.2 仿真平臺簡介44-45
• 4.3 仿真環(huán)境搭建45-48
• 4.3.1 實驗參數(shù)設(shè)置45-46
• 4.3.2 實驗 trace 介紹與獲取46-48
• 4.4 仿真結(jié)果與性能分析48-57
• 4.4.1 讀性能分析48-49
• 4.4.2 寫性能分析49-51
• 4.4.3 垃圾回收開銷分析51-54
• 4.4.4 整體性能分析54-57
• 4.5 本章小結(jié)57-58
• 第5章 FRW 混合地址映射算法硬件驗證58-65
• 5.1 引言58
• 5.2 硬件平臺簡介58-60
• 5.3 順序訪問性能分析60-62
• 5.4 隨機訪問性能分析62-64
• 5.5 本章小結(jié)64-65
• 結(jié)論65-67
• 參考文獻67-71
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文71-73
• 致謝73-74

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 鄭文靜;李明強;舒繼武;;Flash存儲技術(shù)[J];計算機研究與發(fā)展;2010年04期

2 Youngjae Kim;Aayush Gupta;Bhuvan Urgaonkar;;A Temporal Locality-Aware Page-Mapped Flash Translation Layer[J];Journal of Computer Science & Technology;2013年06期

本文編號：818379