基于逻辑区间热度的NAND闪存垃圾回收算法

针对现有的NAND闪存垃圾回收算法中回收性能不高,磨损均衡效果差,并且算法内存开销大的问题,提出了一种基于逻辑区间热度的垃圾回收算法。该算法重新定义了热度计算公式,把连续逻辑地址的NAND内存定义为一个热度区间,以逻辑区间的热度来代替逻辑页的热度,并将不同热度的数据分开存储到不同擦除次数的闪存块上,有效地实现了数据冷热分离,并且节约了内存空间。同时,算法还构造了一种新的回收代价函数来选择回收块,在考虑回收效率的同时,还兼顾了磨损均衡的问题。实验结果表明,该算法与性能优异的FaGC算法相比,总的擦除次数减少了11%,总的拷贝次数减少了13%,擦次数最大差值减少了42%,内存消耗能减少了75%。因此,该算法有利于增加闪存可用空间,改善闪存系统的读写性能,延长闪存使用寿命。     

基于数据更新间隔的NAND闪存垃圾回收算法

闪存因具有速度快、体积小等优点而广泛应用于数据存储领域,为提高NAND闪存的垃圾回收效率、延长闪存使用寿命,提出一种基于数据更新间隔的垃圾回收算法UIGC。计算闪存中空闲页的分散度,将其作为垃圾回收触发条件。从垃圾回收效率和磨损均衡效果2个方面出发,综合考虑块中无效页年龄累计和以及块中有效页比例,使用动态回收块选择和静态回收块选择相结合的策略来选择目标回收块,根据回收块中有效页数据更新间隔判断有效页热度,同时提出数据更新稳定性的概念来划分有效页的数据更新状态,将具有不同热度和更新状态的有效页数据分别存储在不同的空闲块中,从而提高块中数据的同步更新概率。实验结果表明,UIGC算法相较于CAT、FaGC等现有垃圾回收算法具有更优的垃圾回收效率和磨损均衡效果,并能有效延长闪存使用寿命。     

基于逻辑页冷热分离的NAND闪存磨损均衡算法

针对现有的NAND闪存垃圾回收算法对磨损均衡考虑不足的问题,提出了一种基于逻辑页冷热分离的NAND闪存磨损均衡算法。算法同时考虑了无效页的年龄、物理块的擦除次数以及物理块更新的频率,采用混合模式选择回收符合条件的物理块。同时,推导了一种新的逻辑页热度计算方法,并将回收块上有效页数据按照逻辑页的热度进行了冷热分离。实验结果表明,与GR算法、CB算法、CAT算法以及FaGC算法相比,该算法不仅在磨损均衡上取得了很好的效果,而且总的擦除次数与拷贝次数也有了明显减少。     

一种基于逻辑页平均更新频率的NAND闪存垃圾回收算法

针对NAND闪存的特点,提出一种基于逻辑页平均更新频率的NAND闪存垃圾回收算法。该算法采用无效页年龄和作为回收块选择策略。同时,在FaGC和GCbAH算法基础之上,重新定义数据热度计算公式,采用逻辑页平均更新频率取代固定阈值作为冷热数据的判定依据,实现了更准确的冷热数据判定和分离。实验结果表明,相较于GR、CB、CAT、FaGC和GCbAH算法,该算法在垃圾回收代价和磨损均衡方面均取得了更好的效果。     

一种基于热数据识别技术的UBIFS优化方案

NAND Flash介质具有特殊的物理性质,传统文件系统不能直接对NAND Flash进行管理,容易造成NAND Flash设备性能下降、磨损不均衡等负面影响。闪存文件系统将FTL与文件系统功能有机地结合起来,可更好地发挥NAND Flash的高性能。无序区块镜像文件系统(Unsorted Block Image File System,UBIFS)是一种被广泛使用的闪存文件系统,但其存在着写放大和垃圾回收操作频繁触发等问题。针对UBIFS中存在的问题,提出利用多哈希函数的哈希表对热数据进行识别,以降低热数据识别开销,提高热数据识别的准确率;采用多日志技术,将不同热度的日志、数据分开存放,以减少垃圾回收触发频率;采用热数据日志延迟提交技术来减少UBIFS中日志提交带来的元数据修改,进而减少了写放大产生的次数。测试与分析表明, 与原UBIFS相比,优化后的UBIFS的系统内部写物理块的次数减少5%~10%,垃圾回收操作触发的次数减少了7%~13%,同时系统的IOPS提高了5%~18%,系统性能下降现象得到了有效缓解。     

一种有效的混合式闪存磨损均衡算法

为延长嵌入式系统中作为外部存储设备的闪存介质的使用寿命,普遍采用磨损均衡算法时各物理块进行管理.本文对现有的确定性磨损均衡算法进行改进,结合随机性处理,提出HWL(Hybrid Wear Leveling)算法,不仅使磨损均衡处理只占用很少的内存开销,还能有效地进行"冷热"数据存放位置的交换.在多种逻辑页更新模式的仿真试验中,物理块彼此之间都能达到较为接近的擦除次数;与已有算法相比,磨损均衡处理引起的额外擦除较少,可延长闪存的使用寿命.     

基于大容量闪存的嵌入式文件系统

采用以页为单位的文件节点存储形式和综合考虑数据时间局部性与均衡磨损要求的收益成本垃圾回收算法,设计了一种新的文件系统。分析和实验表明,相对于JFFS2,该文件系统在降低内存消耗和闪存磨损倾斜度的同时,提高了垃圾回收效率和系统性能。     

磨损均衡算法在NAND Flash管理中的改进

由于Flash具有擦除次数有限、先擦后写的特点,会带来使用寿命有限的缺陷。为延长其预期使用寿命,普遍采用磨损均衡算法对各存储单元进行管理。该算法核心在每次写操作时将新数据写入到最少被使用的物理块中。本文对该算法在垃圾回收策略和对静态文件管理方式做出改进。垃圾回收时在遵照磨损均衡原则的前提下提高写入数据效率,同时增强该算法对不同类型的文件存储单元管理能力,从而达到更加有效的磨损均衡。     

弱一致性模型下的分布式垃圾回收算法RRDGC

垃圾回收有效地减轻了编程人员的负担、优化了程序的设计,在基于弱一致性模型的分布式共享存储系统中进行自动垃圾回收是非常困难的和低效的,本文提出了一种基于跟踪策略的实时分布式垃圾回收算法--RRDGC，使得各节点回收进程可以和应用程序并发执行，同时有效减少了弱一致性模型下额外的通信开销，降低了程序的响应时间．算法确保了垃圾回收的正确性和有效性，体现了增量和实时性的特点．最后通过仿真实验对比论证了该算法的正确性和高效性．     

一种优化的闪存地址映射方法

近年来,NAND闪存广泛应用于各类嵌入式系统.由于“异地更新”的限制,闪存中需要地址映射方法将来自文件系统的逻辑地址转换为闪存中的物理地址.随着闪存存储空间的日益增长,如何使地址映射表占用较小的内存而又不损失较多性能,成为一个重要的问题.基于需求的页级地址映射方法能够有效地解决这个问题,然而该方法会产生地址转换页操作的额外开销,影响系统性能.从基于需求的地址映射方法出发,从两方面进行优化：首先,为了减少转换页的频繁更新,提出了页级地址映射缓存技术以统一在闪存和内存中的地址映射信息的粒度;其次,设计了基于地址转换页的数据聚集技术.通过该技术,每个数据块在垃圾回收时产生的地址转换页的更新开销被降至最低.实验用一系列基准数据集并与之前代表性的工作进行比较,结果表明,优化的地址映射方法能够大量减少额外地址转换页的开销,并提高闪存存储系统的性能.     

A high performance NAND array file system based on multiple NAND flash memories

The existing NAND flash memory file systems have not taken into account multiple NAND flash memories for large-capacity storage. In addition, since large-capacity NAND flash memory is much more expensive than the same capacity hard disk drive, it is cost wise infeasible to build large-capacity flash drives. To resolve these problems, this paper suggests a new file system called NAFS for large-capacity storage with multiple small-capacity and low-cost NAND flash memories. It adopts a new cache policy, mount scheme, and garbage collection scheme in order to improve read and write performance, to reduce the mount time, and to improve the wear-leveling effectiveness. Our performance results show that NAFS is more suitable for large-capacity storage than conventional NAND file systems such as YAFFS2 and JFFS2 and a disk-based file system for Linux such as HDD-RAID5-EXT3 in terms of the read and write transfer rate using a double cache policy and the mount time using metadata stored on a separate partition. We also demonstrate that the wear-leveling effectiveness of NAFS can be improved by our adaptive garbage collection scheme.     

Real-time emulation and analysis of multiple NAND flash channels in solid-state storage device

NAND Flash is the most prevalent memory technology used today in data storage systems covering a wide range of applications, from consumer devices to high-end enterprise systems. In this work, we present a modular and versatile FPGA-based platform that achieves accurate emulation of multiple NAND Flash channels. The NAND Flash emulator is based on an expandable and reconfigurable architecture that can be used for developing and testing new NAND Flash controllers and for analysing the behaviour of existing NAND Flash controllers and/or host device drivers. The presented NAND Flash emulator is based on PCIe-based FPGA boards attached to a high-end server, supports standard memory interfaces, responds to all memory commands in proper time and has the capability to emulate memory space in the range of a few TBs. The NAND Flash emulator has been prototyped and tested, and experimental results demonstrate that all timing requirements are satisfied under maximum read/write workloads. The NAND Flash emulator also includes a hardware tracer unit that records information of all commands exchanged at the NAND Flash interfaces along with high resolution timestamps. The recorded information can be used to analyse higher level functions, like wear leveling and garbage collection, and combined with other software tools for analysing cognitive functions. Experimental results demonstrate the advantage of using this emulator for analysing how host device drivers implement wear leveling and garbage collection functions.     

FeGC: An efficient garbage collection scheme for flash memory based storage systems

NAND flash memory is a promising storage media that provides low-power consumption, high density, high performance, and shock resistance. Due to these versatile features, NAND flash memory is anticipated to be used as storage in enterprise-scale systems as well as small embedded devices. However, unlike traditional hard disks, flash memory should perform garbage collection that consists of a series of erase operations. The erase operation is time-consuming and it usually degrades the performance of storage systems seriously. Moreover, the number of erase operations allowed to each flash memory block is limited. This paper presents a new garbage collection scheme for flash memory based storage systems that focuses on reducing garbage collection overhead, and improving the endurance of flash memory. The scheme also reduces the energy consumption of storage systems significantly. Trace-driven simulations show that the proposed scheme performs better than various existing garbage collection schemes in terms of the garbage collection time, the number of erase operations, the energy consumption, and the endurance of flash memory.     

基于扇区映射的NOR flash磁盘模拟方法

针对异或门非易失性闪存(NOR flash)的特点,提出了一种扇区映射策略.通过在系统中建立一个转换层,将普通的NOR flash模拟成磁盘设备,从而可以在其上部署普通的磁盘文件系统.同时,描述了垃圾收集块选择算法,实现了对NORflash访问的损耗均衡.对该磁盘模拟方法的系统需求、性能和可靠性做了分析,提出了优化方法.     

基于NAND Flash的嵌入式文件系统的改进与优化

以NAND Flash为介质的嵌入式文件系统主要存在两方面的不足：启动加载过长、对磨损平衡考虑不足。针对这两点不足，实现了一个新的NAND Flash文件系统，它通过改变数据节点的管理，将文件的控制信息和数据信息分开存储，缩短了启动加载时间；通过在垃圾回收时使擦除块交替存储冷热数据，实现了各擦除块间的磨损平衡。     

基于堆排序的片上Nor Flash损耗均衡硬件快速实现

传统的Flash损耗均衡的实现大部分都是针对Nand Flash,且基本都是通过文件系统进行的。针对Nor Flash损耗均衡的研究较少,而且对于无法植入操作系统或者植入代价过大的情况,文件系统的方法将不再适用。在硬件层面实现了Flash损耗均衡算法,以满足上述应用条件,同时大大减少了芯片软件层面的开销。通过Verilog语言实现了损耗均衡、地址映射、垃圾回收、Flash接口等四个模块,每次写操作到来时通过堆排序寻找擦写次数最小的块,将其物理地址与虚拟地址对应并更新到地址映射表,并在垃圾块达到一定数量时进行回收操作,从而实现Flash的损耗均衡。实验结果表明,硬件实现的损耗均衡算法在初始化、堆删除、读操作的时间消耗上分别比软件算法最多快了14、16.4、17.8倍,获得了较大的速度提升。     

3G智能卡文件系统的研究与设计

对基于Flash的3G智能卡文件系统的研究与设计,引用了数据库日志技术和掉电保护机制,保证了智能卡文件系统可靠性,数据的一致性和完整性;按字节静态分配存储空间、合理有效地回收与重用碎片空间,提高了存储空间的利用率;平均磨损和页面映射技术的使用延长了Flash的使用寿命;有效的存储设计提高了数据检索的速度,从而提高了智能卡的整体性能。测试证实了该文件系统设计适合3G EVDO卡。