閃存存儲系統(tǒng)的性能優(yōu)化技術(shù)研究.pdf

1、閃存存儲器存儲元尺寸和存儲密度的發(fā)展使得存儲容量增加，價格下降，促進(jìn)了閃存在存儲系統(tǒng)中的進(jìn)一步使用。另一方面，閃存發(fā)展帶來的問題是可靠性降低，數(shù)據(jù)更容易出錯。因此，閃存中急需更強(qiáng)糾錯能力的糾錯碼來保證可靠性。低密度奇偶校驗(yàn)碼（Low-Density Parity-Check Code,LDPC）由于其強(qiáng)大的糾錯能力，能保證高誤碼率數(shù)據(jù)的正確訪問，近年來被廣泛應(yīng)用于當(dāng)前的閃存存儲器中。然而使用LDPC的主要問題在于當(dāng)數(shù)據(jù)錯誤率高時，需要高

2、時延的讀操作來獲取用于解碼的概率信息，由此導(dǎo)致閃存性能的下降。本論文將針對閃存的可靠性下降帶來的性能問題展開研究，主要完成了如下三個方面的研究工作。
　　首先提出一個讀寫訪問時延模型。通過對閃存讀寫操作與數(shù)據(jù)錯誤率的研究與分析，我們發(fā)現(xiàn)閃存的性能與可靠性之間相互影響，提出了一個以可靠性為紐帶的讀寫訪問時延模型。該模型展示了閃存讀時延和寫時延之間存在權(quán)衡關(guān)系，即采用高時延的快速寫入的數(shù)據(jù)錯誤率高，讀時延長，讀速度慢；反之，慢速寫入的

3、數(shù)據(jù)錯誤率低，讀速度快。該模型是接下來優(yōu)化閃存訪問性能方案的理論基礎(chǔ)。
　　其次提出基于閃存訪問特征的讀寫性能優(yōu)化。通過對負(fù)載應(yīng)用的讀寫訪問進(jìn)行分析，我們首先定義三種數(shù)據(jù)類型：只讀，只寫和交錯訪問，并發(fā)現(xiàn)閃存中的請求訪問存在以下特征。大多數(shù)的讀操作發(fā)生在只讀數(shù)據(jù)上，大多數(shù)的寫操作發(fā)生在只寫數(shù)據(jù)上，只有很小一部分讀寫訪問發(fā)生在交錯訪問數(shù)據(jù)上。根據(jù)閃存的讀寫訪問時延模型，本文首次設(shè)計(jì)了一個基于訪問特征的讀寫性能改善方案。首先提出一個數(shù)

4、據(jù)訪問特征識別方法，接著對識別出的數(shù)據(jù)讀寫訪問進(jìn)行速度調(diào)制，以優(yōu)化閃存訪問性能。
　　最后提出從閃存錯誤的角度研究閃存的讀性能改善方法。使用LDPC解碼高錯誤率數(shù)據(jù)時，讀性能嚴(yán)重下降。目前有多篇工作通過降低數(shù)據(jù)錯誤率來改善性能。然而，他們并沒有考慮到閃存內(nèi)部錯誤發(fā)生的特征。在這部分內(nèi)容中，通過對閃存存儲數(shù)據(jù)的機(jī)制和導(dǎo)致錯誤發(fā)生的多種錯誤源的分析，總結(jié)出閃存的錯誤特征，存在兩個方面的非對稱性。根據(jù)這兩個非對稱性，我們提出了基于錯誤特