基于NAND的使用壓縮緩存策略的交換系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、作為磁盤的替代品，NAND閃存被廣泛應(yīng)用于便攜式設(shè)備。但在大部分情況下，NAND閃存只是被作為大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用。隨著智能手機(jī)、掌上電腦等高端嵌入式設(shè)備對(duì)內(nèi)存的占用需求的快速增大，將會(huì)有越來越多的研究關(guān)注如何擴(kuò)大嵌入式設(shè)備的可用內(nèi)存空間，其中一個(gè)研究方向就是在NAND閃存上建立交換系統(tǒng)。 交換系統(tǒng)被應(yīng)用于幾乎所有的現(xiàn)代操作系統(tǒng)中。傳統(tǒng)的交換系統(tǒng)都是在磁盤分區(qū)上建立獨(dú)立的交換分區(qū)，使得系統(tǒng)獲得更大的內(nèi)存空間卻不損失執(zhí)行效率。相比

2、磁盤設(shè)備，NAND閃存具有高速、低能耗、抗震、穩(wěn)定等優(yōu)良的特性，可以認(rèn)為在NAND上建立交換系統(tǒng)是現(xiàn)實(shí)和有意義的。 雖然NAND相比于磁盤有著各種優(yōu)良的特性，但是NAND有著致命的弱點(diǎn)，即NAND具有擦寫次數(shù)限制。對(duì)某塊擦寫次數(shù)超過限定次數(shù)可能損害該塊，而面對(duì)讀寫頻繁的交換系統(tǒng)，能否使NAND避免太早的磨損成為NAND交換系統(tǒng)研究的重點(diǎn)。 針對(duì)如何減緩NAND的磨損，本文提出了一個(gè)新的基于NAND的交換系統(tǒng)架構(gòu)SNSS（

3、Smart NAND Swap System）。相比于傳統(tǒng)的交換系統(tǒng)，SNSS的優(yōu)勢(shì)在于為交換系統(tǒng)中引入壓縮緩存機(jī)制，并在此基礎(chǔ)上創(chuàng)造性的提出兩級(jí)回收策略和選擇性壓縮策略，這些機(jī)制和策略的使用，使得系統(tǒng)對(duì)NAND的訪問次數(shù)大為減少。 壓縮緩存實(shí)際是在內(nèi)存空間和NAND交換分區(qū)之間創(chuàng)建了一個(gè)中間層——壓縮緩存分區(qū)。按照SNSS的設(shè)計(jì)，壓縮緩存分區(qū)和NAND交換分區(qū)共享同一個(gè)“頁(yè)槽地址空間”，所有換出頁(yè)將先被壓縮，然后在這個(gè)“頁(yè)槽地

4、址空間”中分配空間。壓縮緩存分區(qū)作為NAND交換分區(qū)的緩存存在，以期減少對(duì)NAND的讀寫操作。 針對(duì)NAND寫操作開銷較大的特點(diǎn)，SNSS提出兩級(jí)回收策略，即在內(nèi)存頁(yè)回收策略上依舊執(zhí)行傳統(tǒng)的LRU策略，而在壓縮緩存分區(qū)中執(zhí)行特殊的回收策略。后者主要根據(jù)對(duì)NAND操作時(shí)“重寫”開銷較大，“創(chuàng)建新頁(yè)”開銷次之的特點(diǎn)，提出了相應(yīng)的回收原則：優(yōu)先回收“干凈”壓縮頁(yè)，其次是“新”壓縮頁(yè)，而盡量將“臟”壓縮頁(yè)保存在壓縮緩存分區(qū)中。