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一种提高固态硬盘随机写性能的cache策略

作　者: 朱柳嵩
导　师: 王海卫
学　校: 华中科技大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: 固态硬盘闪存转换层映射算法垃圾回收缓存算法
分类号: TP333
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 72次
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-14
  1.1 固态硬盘研究现状  8-10
  1.2 固态硬盘的发展趋势  10-12
  1.3 课题研究目的、背景和意义  12
  1.4 本文主要研究内容  12-14
2 固态硬盘的结构特征及关键技术  14-28
  2.1 固态硬盘的结构特征  14-17
  2.2 Flash 转换层  17-23
  2.3 垃圾回收  23-26
  2.4 磨损均衡  26-27
  2.5 本章小结  27-28
3 固态硬盘缓存管理策略  28-43
  3.1 需求的提出  28-29
  3.2 整体设计  29-30
  3.3 关键技术  30-38
  3.4 算法设计  38-42
  3.5 本意小结  42-43
4 仿真与测试  43-49
  4.1 仿真环境  43
  4.2 trace 收集  43-44
  4.3 测试结果与分析  44-48
  4.4 本章小结  48-49
5 总结与展望  49-51
  5.1 全文总结  49-50
  5.2 研究展望  50-51
致谢  51-52
参考文献  52-55

一种提高固态硬盘随机写性能的cache策略

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