混合映射方式下磨损平衡算法的研究与实现

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随着信息技术的发展,存储在计算机系统结构中变得越来越重要。目前,在存储领域中,出现了一种新的存储介质:闪存。因其容量日益增大、读写速度快、抗干扰性强、功耗低等特点,基于闪存的固态盘(SSD)将有可能取代传统硬盘成为下一代主流的存储设备。但是因为闪存的读写次数有限制,即通常所说的闪存的寿命问题,将影响固态盘的可靠性。随着固态盘的广泛应用,为了解决固态盘的可靠性问题,磨损平衡算法被提出来。目前的磨损平衡算法面临着两个问题:(1)采用物理块的磨损次数作为判断数据更新热度的标准,并不能真实地反映数据实际的更新频率;(2)垃圾回收机制和磨损平衡机制带来的写入放大会导致闪存介质的性能在使用中逐步下降。针对这些问题,研究了目前几种典型的闪存转换层架构和磨损平衡算法,分别提出了解决问题的方法:(1)基于逻辑块热度因子,判定数据更新冷热程度的方法。热度因子即一段时间内系统为特定逻辑块所分配的物理块数目。热度因子表示了特定逻辑块的数据更新对物理块的需求程度,从而更加真实地反映了逻辑块的数据的实际更新频率;(2)一种分治管理架构的磨损平衡算法。通过分治管理,让系统在需要进行数据迁移的时候,总是尽可能地采用开销较小的copy_back方式进行plane内数据迁移,从而达到减小数据迁移的开销,提升数据迁移速度的目的。测试结果表明,基于逻辑块热度因子的判定冷热数据的方法有很高的数据热度识别能力,分治管理的磨损平衡算法极大地提升了速度迁移的速度,克服了固态盘在使用一段时间后性能明显下降的问题。
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