一种基于分类策略的聚簇页级闪存转换层算法

提出一种基于分类策略的聚簇页级闪存转换层算法——CPFTL.1)CPFTL将地址映射缓存分为热映射表缓存、冷映射表缓存和连续映射表缓存,分别用来缓存访问频繁的请求的映射项、访问不频繁的请求的映射项和高空间本地性的连续请求的映射项,有效提升各类请求的处理能力;2)为利用连续请求的空间本地性,CPFTL的连续映射表缓存预取多个连续的映射项,提高它对连续请求的响应性能;3)为减少页级映射算法的转换页读写开销,CPFTL的冷映射表缓存采用聚簇策略,即将属于同一转换页中的映射项进行聚簇,按簇进行LRU管理,当冷映射表缓存满时,根据簇的映射项个数和LRU选取合适的簇剔除到闪存.实验结果显示,相比经典的页级DFTL算法和最新的SDFTL算法,CPFTL的缓存命中率、平均响应时间、地址转换页操作次数和闪存块擦除次数都有显著提升.     

Sub-Join:面向闪存数据库的查询优化算法

固态硬盘具有高速的随机读取速度、低功耗、体积小等特点,被认为将取代磁盘成为新一代的数据存储设备。但是闪存数据库的查询性能的提高却远小于固态硬盘相比于磁盘I/O性能的提高,其原因在于现有的数据库是基于磁盘设计的,不能充分发挥固态硬盘的高速性能。提出一种名为子连接(Sub-Join)的连接算法。首先将数据表的连接列和主键投影为新的子表,然后对子表进行接连操作,最后根据子表的连接结果再从原始数据表中回取查询结果。通过和开源数据库Oracle Berkeley DB的比较实验,结果表明子连接算法比原有算法的性能提高了40%～100%,充分说明了它的优越性。     

列存储模式下闪存数据库的查询优化算法

固态硬盘的高性能在现有数据库系统中未能获得提升,针对该问题,提出一种连接算法,基于列存储模式,对闪存数据库连接查询进行优化。算法充分利用列存储的存储粒度小和固态硬盘高速随机读的优点,有效克服与闪存的不匹配问题。实验结果表明,与原算法相比,该算法在不同选择率和不同内存条件下的查询时间较少。     

闪存固态硬盘系统结构与技术

闪存固态硬盘凭借其高性能、低功耗、非易失等特点已经被广泛应用于个人电脑、数据中心和云存储服务等.近10年来,随着制程工艺和微电子技术的发展,闪存固态硬盘的特性发生了显著的变化.首先介绍了闪存存储单元的基本结构和存储原理.然后讨论了闪存固态硬盘的多项控制器关键技术,包括缓存设备、地址转换层、垃圾回收、数据分配、磨损均衡以及纠错码等.这些关键技术将支撑闪存固态硬盘的正常运作.此外,探讨了闪存固态硬盘的并行结构,并分析了闪存固态硬盘并行性利用的限制条件以及最新的并行性优化工作.接着,分析了3D闪存固态硬盘的发展和堆叠式结构,并针对3D固态硬盘的性能和寿命优化工作进行了归纳和分析,提出了现有3D固态硬盘性能和寿命优化工作的不足.最后,总结了当前闪存固态硬盘的现状,并提出可能的未来研究方向.     

一种混合映射闪存转换层的设计与实现

使用NAND Flash作为存储媒介的存储设备常需要闪存转换层(FTL)对NAND进行管理。页映射是一种常见的映射方式,但需要很大的内存存放页映射表,在嵌入式环境下这一条件往往无法满足。针对该问题,提出一种基于超级块的混合映射FTL,包括坏块管理、地址翻译、垃圾回收、上电恢复,使用的SRAM空间不到128 KB,远小于页映射,同时不需要存储映射表,程序在固态硬盘开发板上成功运行,实现固态硬盘基本读写功能。测试结果表明,该混合映射FTL方案具有较好的顺序读写性能。     

OAFTL:一种面向企业级应用的高效闪存转换层处理策略

基于NAND闪存的存储设备通过引入闪存转换层来对闪存芯片进行封装,使得闪存存储设备像普通块设备一样使用.闪存转换层算法的性能很大程度上决定了闪存设备的存储性能,已有方法尽管可以在嵌入式环境下正常工作,但当应用到随机访问频繁的企业级应用环境中时存在访问性能低的问题.提出了一种面向企业级应用的闪存转换层算法OAFTL,该算法基于页级地址映射,根据访问操作的类型来组织映射项信息,通过为映射页保留日志信息来缓冲频繁修改的映射信息,以提高闪存读、写性能.实验结果表明,提出的OAFTL算法能够有效地适应企业级工作负载,同已有方法相比,综合读写性能提升了20%以上.     

WAPFTL:支持预测机制的负载自适应闪存转换层算法

基于NAND Flash的固态盘凭借其低延迟、低功耗、高可靠性等优点,已经开始应用于企业级服务器和高性能计算领域。针对固态盘相对较差的写性能及使用寿命有限等不足,提出了一种闪存转换层中基于页映射机制的自适应地址映射算法WAPFTL。该算法能够在地址转换过程中预测负载读写特性并自适应地调整地址映射信息缓存的策略。实验结果表明,WAPFTL能够高效协同利用负载的时间局部性和空间局部性,提高地址映射命中率,减少因地址映射而引起的额外写操作次数;同时,有效减少了垃圾回收次数,提高了SSD整体性能。     

基于NAND闪存的固态盘技术研究

基于NAND闪存的固态盘具有非易失、访问速度快、体积小、抗震性好以及功耗低等诸多优点,能较好缓解I/O性能瓶颈问题,已经成为学术界和产业界关注的一个研究热点.对基于NAND闪存固态盘的主要热点问题予以研究,介绍了基于闪存固态盘的技术特性,分析了其内部结构,对其关键实现技术着重进行了研究分析.     

闪存数据库管理系统的分析与设计

固态硬盘采用闪存作为存储介质,它的随机读取速度是磁盘的大约20倍,此外它还具有低功耗、抗震性强,体积小的特点,被认为是取代磁盘的新一代数据存储设备。但是传统的基于磁盘的数据库管理系统并不适用于固态硬盘,这使得固态硬盘并不能充分发挥它快速读取的优良性能。在近两年来,对闪存数据库管理系统的研究成为新兴的热门领域。本文对用于固态硬盘的闪存数据库管理系统作了简要的设计与分析。     

基于ARC的闪存数据库缓冲区算法

闪存是一种纯电子设备,具备体积小、数据读取速度快、能耗低、抗震性强等优点,被用来部分替代机械硬盘从而提升存储系统的性能.但是,现有的缓冲区置换算法都是针对机械硬盘的物理特性进行设计和优化,因此有必要针对闪存的物理特性重新设计缓冲区置换算法.提出一种新的面向闪存数据库的缓冲区替换算法CF-ARC.算法设计了一种新的页替换机制,即在替换干净页或者脏页的时候考虑其访问频度的大小,优先将访问频度少的干净页替换出缓冲区,使得热页继续留在缓冲区提高命中率,从而获得更好的性能,通过对实验结果的对比分析发现CF-ARC在多数情况下具有比其它置换算法更高的性能.     

Study of the performance impact of a cache buffer in solid-state disks

An SSD generally has a small memory, called cache buffer, to increase its performance and the frequently accessed data are maintained in this cache buffer. These cached data must periodically write back to the NAND Flash memory to prevent the data loss due to sudden power-off, and it should immediately flush all dirty data items into a non-volatile storage media (i.e., NAND Flash memory), when receiving a flush command, while the flush command is supported in Serial ATA (SATA) and Serial Attached SCSI (SAS). Thus, a flush command is an important factor to give significant impact on SSD performance.In this paper, we have investigated the impact of a flush command on SSD performance and have conducted in-depth experiments with versatile workloads, using the modified FlashSim simulator. Our performance measurements using PC and server workloads provide several interesting conclusions. First, a cache buffer without a flush command could improve SSD performance as a cache buffer size increases, since more requested data could be handled in the cache buffer. Second, our experiments have revealed that a flush command might give a negative impact on SSD performance. The average response time per request with a flush command is getting worse compared to not supporting the flush command, as cache buffer size increases. Finally, we have proposed the backend flushing scheme to nullify the negative performance impact of the flush command. The backend flushing scheme first writes the requested data into a cache buffer and sends the acknowledgment of the request completion to a host system. Then, it writes back the data in the cache buffer to NAND Flash memory. Thus, the proposed scheme could improve SSD performance since it might reduce the number of the dirty data items in a cache buffer to write back to NAND Flash memory.All these results suggest that a flush command could give a negative impact on SSD performance and our proposed backend flushing scheme could improve the SSD performance while supporting a flush command.     

基于PCI Express的闪存存储系统设计

通过采用PCI Express接口,应用并行和流水线技术,提高存储系统的读写速率。设计闪存映射层算法,在不降低系统读写性能的基础上易于管理数据。该方案在Virtex 5 FPGA上实现,并对其性能进行测试,结果表明,数据连续写速率达到400 MB/s,读速率达到500 MB/s,能满足高端应用的需求。     

针对固态驱动器的NFTL算法性能优化

用于闪存的NFTL算法随着闪存技术的发展表现出空间利用率低、擦除效率不高等不足,为保证读速度牺牲Flash读性能上的优势,而且不适用于固态驱动器。基于此,提出一种改进方案,利用增加内存中存放的包括有效位图和反向映射表等元数据的方式改进NFTL算法使其适用于固态驱动器,取得一定的性能提升。     

一种基于闪存的缓冲区管理算法

在大多数以磁盘为存储系统的操作系统中,缓冲区管理算法只考虑到了数据访问的命中率。然而,闪存的写操作代价远远大于读操作代价。为了提高闪存性能,本文提出的O CFLRU（Optimal CFLRU）算法对于CFLRU（Clean First LRU）算法做了优化。该算法用一种页 块混合的数据结构来分别管理缓冲区中的干净页面和脏的数据页面聚簇。当缓冲区空间不够时,优先置换干净页面,再置换出脏的数据页聚簇,从而减少了写回的次数和随机写带来的擦除次数,提高了闪存的性能。     

基于代价的闪存数据库缓冲区置换算法

提出一种基于闪存硬盘(solid state disk,简称SSD)的自适应缓冲区管理算法CBLRU,其将数据页的置换代价与其驻留内存的影响相结合,为每个数据页附加一个权值,当发生页缺失问题时,选择具有最小权值的数据页进行置换,从而可以在延长修改页驻留缓冲区的同时,避免某些修改页长期占用缓冲区中有效空间问题的发生.由于...     

Flash文件系统的研究与设计

Flash文件系统（FFS）已经成为嵌入式系统中数据存储和数据管理的一个热点。对Flash文件系统结构和功能作了详细深入的研究分析,针对在无OS环境下的应用,提出了一个完整的设计方案。