一种提高固态硬盘随机写性能的cache策略

一种提高固态硬盘随机写性能的cache策略

论文摘要

相对于CPU计算能力的提高、网络带宽加大,存储设备的发展已经跟不上计算机主要部件和网络发展的速度,以至于存储设备已经成为现代基于云计算的计算机系统的瓶颈。伴随着基于半导体技术的固态硬盘的出现,为存储行业提供了新的选择,并注入了新的活力。在便携式设备中,固态硬盘已经变成主要的存储设备,而在桌面设备领域,也出现了固态硬盘逐渐代替传统机械硬盘的趋势。固态硬盘有许多机械硬盘没有的特性,如更快的单元读写速度、更低的能耗、更强的移动可靠性等,然而,由于Flash介质固有的特点,基于Flash介质的固态硬盘也有许多不尽如人意之处,如写寿命较短,读写时间不均衡、必须擦除之后才能写等。这些缺点造成固态硬盘写性能,尤其是随机写性能低下,严重阻碍了固态硬盘在桌面领域的应用,因为在桌面领域,尤其是服务器,存在大量的随机写请求。为了提高固态硬盘随机写性能,对FTL层中的映射算法及垃圾回收算法进行深入的研究是非常有必要的。在FTL层之上加入缓存层,依据映射算法和垃圾回收算法的特点,在缓存层中重构随机写入固态硬盘的数据,使数据连续成块地写入FTL层,除了有效提高写性能外,还能减少固态硬盘中块的擦除次数,延长固态硬盘的寿命。通过计算机仿真方法对设计的缓存算法进行了测试,测试结果显示,加入缓存层之后,吞吐率显著提升,擦除次数明显减少。另外,与FAB缓存算法相比,我们实现的算法在现实应用的trace测试中,效果也更好。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 绪论
  • 1.1 固态硬盘研究现状
  • 1.2 固态硬盘的发展趋势
  • 1.3 课题研究目的、背景和意义
  • 1.4 本文主要研究内容
  • 2 固态硬盘的结构特征及关键技术
  • 2.1 固态硬盘的结构特征
  • 2.2 Flash 转换层
  • 2.3 垃圾回收
  • 2.4 磨损均衡
  • 2.5 本章小结
  • 3 固态硬盘缓存管理策略
  • 3.1 需求的提出
  • 3.2 整体设计
  • 3.3 关键技术
  • 3.4 算法设计
  • 3.5 本意小结
  • 4 仿真与测试
  • 4.1 仿真环境
  • 4.2 trace 收集
  • 4.3 测试结果与分析
  • 4.4 本章小结
  • 5 总结与展望
  • 5.1 全文总结
  • 5.2 研究展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 相关论文文献

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    一种提高固态硬盘随机写性能的cache策略
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