基于超級塊的實時閃存轉換層的設計與研究.pdf

1、近年來，隨著處理器和內存性能的不斷增長，I/O逐漸成為了限制計算機系統發(fā)展的瓶頸，與此同時，大數據時代的到來對計算機系統的I/O訪問速度也提出了更高的要求。為了提高系統的I/O性能，傳統的磁盤做出了諸多改進，然而受限于其依賴于機械運動實現的事實，訪問延遲得不到根本性的提升，難以突破計算機系統的I/O訪問瓶頸。閃存芯片基于半導體技術作為新一代的非易失性存儲器，具有低延遲，低功耗，抗震性強的特點，正從嵌入式應用中推廣至個人計算機及大規(guī)模數據

2、中心應用中以代替?zhèn)鹘y磁盤來使用。然而閃存芯片的讀寫不對稱，異地更新的限制使其不能直接應用在計算機系統中代替?zhèn)鹘y磁盤的位置。為了盡可能少對目前的計算機系統進行更改，閃存轉換層作為文件系統與閃存存儲系統的中間層被提出來掩蓋閃存的相關特性，從而使得文件系統可以像訪問機械磁盤那樣去訪問閃存。閃存轉換層對閃存芯片進行統一管理，對閃存的使用性能具有決定性的作用，因此，如何設計高效的閃存轉換層算法，提高閃存存儲系統的利用率和I/O性能意義重大。

3、>　　本文對實時系統中的閃存轉換層算法展開研究。閃存轉換層作為中間轉換層主要包括地址映射，垃圾回收和損耗均衡等功能。其中，地址映射負責將文件系統發(fā)出的虛擬邏輯地址映射為閃存存儲系統中的物理地址;垃圾回收由有效頁的拷貝操作和塊擦除操作組成，負責將系統中存放無效數據的閃存塊擦除后重新利用;而損耗均衡則是為了均衡的使用閃存芯片中的塊，從而延長閃存的使用壽命。本文通過分析閃存轉換層垃圾回收過程的工作特點得出通過推遲閃存中的垃圾回收過程，可以減少

4、系統中的有效頁拷貝操作，從而減少垃圾回收的代價，提高閃存的使用效率。
　　本文對實時系統中閃存存儲系統進行建模，實現了一種自適應的局部垃圾回收策略，并在此基礎上提出兩種實時系統中的閃存轉換層算法RAFT和DSFTL。自適應局部垃圾回收策略中將垃圾回收的過程將有效頁的拷貝和塊擦除操作分為多步進行，根據閃存系統中塊的使用情況，綜合的使用集中式局部垃圾回收策略和分布式局部垃圾回收策略，盡可能推遲塊擦除操作，從而減少垃圾回收過程中的有效頁

5、拷貝操作，提高系統性能。另外，在兩種閃存轉換層算法中，本文采用了一種按需分配的方式進行物理空間和邏輯空間的映射，對于經常訪問的邏輯塊按需分配多個物理塊，而較少訪問的邏輯塊則分配較少的物理空間，通過這種分配方式，推遲了垃圾回收的觸發(fā)時間。另外DSFTL算法中，根據系統運行過程中的數據訪問特點，進行超級塊的合并操作，將冷熱數據分別存放在不同的超級塊中，基于不同的超級塊進行物理空間的分配，減少垃圾回收過程中的花銷，進一步提高了閃存芯片的使用效