面向閃存的緩沖區(qū)管理算法研究.pdf

1、閃存作為一種新型的固態(tài)存儲(chǔ)介質(zhì)，由于具有體積小、重量輕、非易失、高速、高抗震、低功耗等優(yōu)良特性，近年來(lái)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)和便攜式設(shè)備。閃存的獨(dú)特物理特性對(duì)數(shù)據(jù)管理技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)，例如閃存存儲(chǔ)管理、閃存數(shù)據(jù)索引、面向閃存的緩沖區(qū)管理等。其中，緩沖區(qū)管理作為提高閃存存取性能的一種重要且非常有效的手段，近年來(lái)已成為閃存數(shù)據(jù)管理領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
　　 然而，目前已有的緩沖區(qū)置換策略大多針對(duì)的是傳統(tǒng)的磁盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)，沒(méi)有

2、考慮閃存不同于磁盤(pán)的特性，只著眼于提高緩沖區(qū)的命中率，如果直接它們應(yīng)用在閃存上，閃存的總訪問(wèn)開(kāi)銷會(huì)非常大。因此，針對(duì)閃存的特性，研究高效的緩沖區(qū)置換策略對(duì)降低閃存的訪問(wèn)開(kāi)銷具有重要意義。
　　 本論文首先對(duì)目前已有的基于閃存的緩沖區(qū)管理算法進(jìn)行了總結(jié)，然后分析了基于閃存的緩沖區(qū)管理的關(guān)鍵問(wèn)題，并重點(diǎn)研究了緩沖區(qū)置換策略，最后提出了相應(yīng)的解決方法。具體而言，本文的主要工作有：
　　 (1)提出了一種新型的面向閃存系統(tǒng)的緩沖

3、區(qū)置換算法CCF-LRU。該算法使用雙LRU鏈表維護(hù)緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，其中，一個(gè)混合LRU鏈表維護(hù)緩沖區(qū)中的臟數(shù)據(jù)頁(yè)和熱的干凈數(shù)據(jù)頁(yè)，而另一個(gè)冷的干凈LRU鏈表只維護(hù)緩沖區(qū)中的冷的干凈數(shù)據(jù)頁(yè)。當(dāng)緩沖區(qū)空間不足時(shí)，優(yōu)先置換出冷的干凈LRU鏈表中最近最少訪問(wèn)的干凈數(shù)據(jù)頁(yè)，否則當(dāng)冷的干凈鏈表為空時(shí)置換出混合的LRU鏈表中冷的臟數(shù)據(jù)頁(yè)。利用這一策略，CCF-LRU算法可以有效地解決緩沖區(qū)一次性掃描式訪問(wèn)污染問(wèn)題，減少了閃存的寫(xiě)操作；此外，算法在減

4、少閃存的寫(xiě)操作同時(shí)還保持了較高的命中率，從而提高了閃存的訪問(wèn)性能。
　　 (2)針對(duì)置換算法CCF-LRU中出現(xiàn)的0-1躍變問(wèn)題，本文對(duì)置換算法CCF-LRU進(jìn)行了改進(jìn)，提出了可控的冷干凈數(shù)據(jù)頁(yè)優(yōu)先置換算法CCCF-LRU。與置換算法CCF-LRU不同的是，該算法對(duì)緩沖區(qū)中的冷的干凈LRU鏈表的長(zhǎng)度做了限制，規(guī)定冷的干凈LRU鏈表的長(zhǎng)度不能小于minCCL，否則將從混合的LRU鏈表中選擇冷的臟數(shù)據(jù)頁(yè)置換出去。相對(duì)于CCF-LRU