本文關(guān)鍵詞：基于頁(yè)組映射的固態(tài)盤閃存轉(zhuǎn)換層優(yōu)化算法研究

  更多相關(guān)文章： 閃存轉(zhuǎn)換層 頁(yè)組 地址映射 垃圾回收 讀寫性能

【摘要】：閃存技術(shù)的飛速發(fā)展,使得固態(tài)盤憑借其體積小、能耗低、抗震性強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。閃存轉(zhuǎn)換層(FTL)算法是固態(tài)盤控制器的關(guān)鍵技術(shù)之一,其性能好壞會(huì)直接影響到固態(tài)盤的讀寫性能。目前存在多種FTL算法,但這些算法往往只針對(duì)FTL算法的一個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化,甚至一方面性能的提升會(huì)以犧牲另一方面性能為代價(jià)。因此,提高閃存轉(zhuǎn)換層算法的整體性能,對(duì)提高固態(tài)盤的讀寫性能具有重要意義。本文在對(duì)已有的閃存轉(zhuǎn)換層算法進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上,提出了基于頁(yè)組的固態(tài)盤閃存轉(zhuǎn)層優(yōu)化算法(pg-FTL算法),并采用軟件仿真和硬件測(cè)試的方式對(duì)該算法進(jìn)行評(píng)估。首先,從研究基本的閃存轉(zhuǎn)換層算法入手,分析了閃存轉(zhuǎn)換層的地址映射算法、垃圾回收算法以及損耗均衡算法存在的不足之處,提出了設(shè)計(jì)閃存轉(zhuǎn)換層算法的研究重點(diǎn)以及算法研究的總體方案。其次,本文提出了基于頁(yè)組結(jié)構(gòu)的地址映射算法,該算法將地址映射表分為通道、頁(yè)組和頁(yè)組內(nèi)偏移三個(gè)層級(jí),以解決映射表過(guò)大的問(wèn)題,同時(shí)可以利用通道之間的并行性,實(shí)現(xiàn)多個(gè)請(qǐng)求之間的并行操作。為了減少數(shù)據(jù)更新引起的數(shù)據(jù)遷移和垃圾回收操作,結(jié)合pg-FTL算法的地址映射的特點(diǎn),提出了基于日志頁(yè)組的數(shù)據(jù)更新機(jī)制以及基于頁(yè)組閾值的垃圾回收算法。為了解決不同物理塊擦寫次數(shù)不均衡的問(wèn)題,對(duì)靜態(tài)損耗均衡算法進(jìn)行了優(yōu)化。然后,為了驗(yàn)證pg-FTL算法的性能,在Flashsim仿真環(huán)境下進(jìn)行了算法的軟件設(shè)計(jì)并搭建了仿真平臺(tái)。在仿真平臺(tái)上采用四種真實(shí)負(fù)載,對(duì)pg-FTL算法分別從SRAM緩存區(qū)命中率、平均系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間、系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間分布、塊擦除次數(shù)、垃圾回收的額外讀寫次數(shù)、讀寫性能等方面進(jìn)行仿真,并與頁(yè)地址映射算法、FAST算法以及DFTL算法的仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果表明pg-FTL算法在多個(gè)方面性能具有優(yōu)越性。最后,采用通用的硬盤測(cè)試工具Iometer,在Jasmine board硬件平臺(tái)上對(duì)pg-FTL算法和頁(yè)地址映射算法的連續(xù)讀寫速度和4K隨機(jī)讀寫速度進(jìn)行硬件驗(yàn)證,驗(yàn)證結(jié)果表明pg-FTL算法的連續(xù)讀操作性能突出。
【關(guān)鍵詞】：閃存轉(zhuǎn)換層 頁(yè)組 地址映射 垃圾回收 讀寫性能
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-16
• 1.2.1 存儲(chǔ)介質(zhì)的發(fā)展現(xiàn)狀10-12
• 1.2.2 NAND Flash發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.2.3 固態(tài)盤研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.4 閃存轉(zhuǎn)換層算法研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容16-17
• 第2章 閃存轉(zhuǎn)換層算法研究及總體方案設(shè)計(jì)17-32
• 2.1 NAND Flash基本工作原理17-20
• 2.1.1 NAND Flash芯片結(jié)構(gòu)17-18
• 2.1.2 NAND Flash的基本操作18-20
• 2.2 總體方案設(shè)計(jì)20-21
• 2.3 閃存轉(zhuǎn)換層地址映射算法21-27
• 2.3.1 頁(yè)地址映射22-23
• 2.3.2 塊地址映射23-24
• 2.3.3 混合地址映射24
• 2.3.4 FAST算法和DFTL算法24-27
• 2.4 閃存轉(zhuǎn)換層垃圾回收算法27-30
• 2.5 閃存轉(zhuǎn)換層損耗均衡算法30-31
• 2.6 本章小結(jié)31-32
• 第3章 基于頁(yè)組映射的閃存轉(zhuǎn)換層優(yōu)化算法設(shè)計(jì)32-48
• 3.1 優(yōu)化算法設(shè)計(jì)思路32
• 3.2 優(yōu)化算法設(shè)計(jì)方案32-33
• 3.3 地址映射算法設(shè)計(jì)33-41
• 3.3.1 通道之間的并行操作33-34
• 3.3.2 邏輯地址空間劃分34-38
• 3.3.3 優(yōu)化算法的讀寫操作38-41
• 3.4 垃圾回收算法設(shè)計(jì)41-43
• 3.5 損耗均衡算法設(shè)計(jì)43-45
• 3.6 優(yōu)化算法整體流程45-47
• 3.7 本章小結(jié)47-48
• 第4章 基于頁(yè)組映射的閃存轉(zhuǎn)換層優(yōu)化算法軟件設(shè)計(jì)與仿真48-66
• 4.1 優(yōu)化算法的軟件設(shè)計(jì)48-53
• 4.1.1 地址映射表軟件設(shè)計(jì)48-49
• 4.1.2 地址映射算法軟件設(shè)計(jì)49-51
• 4.1.3 垃圾回收和損耗均衡算法軟件設(shè)計(jì)51-53
• 4.2 仿真平臺(tái)搭建53-57
• 4.2.1 仿真參數(shù)設(shè)置55-56
• 4.2.2 仿真負(fù)載文件獲取56-57
• 4.3 優(yōu)化算法的仿真與分析57-65
• 4.3.1 SRAM緩存區(qū)命中率57-58
• 4.3.2 平均系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間58-59
• 4.3.3 系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間分布59-61
• 4.3.4 塊擦除次數(shù)61-63
• 4.3.5 垃圾回收的讀寫操作63-64
• 4.3.6 讀寫操作性能64-65
• 4.4 本章小結(jié)65-66
• 第5章 基于頁(yè)組映射的閃存轉(zhuǎn)換層優(yōu)化算法硬件平臺(tái)驗(yàn)證66-74
• 5.1 固態(tài)盤系統(tǒng)硬件平臺(tái)搭建66-69
• 5.1.1 固態(tài)盤系統(tǒng)硬件架構(gòu)66-68
• 5.1.2 固態(tài)盤系統(tǒng)通道架構(gòu)68-69
• 5.2 讀寫性能測(cè)試69-73
• 5.2.1 連續(xù)讀寫性能測(cè)試70-72
• 5.2.2 隨機(jī)讀寫性能測(cè)試72-73
• 5.3 本章小結(jié)73-74
• 結(jié)論74-75
• 參考文獻(xiàn)75-79
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他研究成果79-81
• 致謝81

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本文編號(hào)：920475