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。     

闪存存储系统综述

闪存因其低延迟、高并发、低能耗、体积小等特点受到了广泛关注.首先讨论了简单利用闪存固态盘替换传统磁盘的方式隐藏了闪存特性,限制了软件系统对闪存特性充分利用的不足.然后,分析并比较了现有包括闪存加速卡、闪存阵列、基于闪存的分布式集群系统等基于存储介质直接构建的闪存存储系统的特点,归纳了其通过改变硬件接口、调整软件或控制器管理模块、匹配处理器与I/O处理能力等方式实现系统低延迟、高可靠、低能耗等特性的优化方法.然后重点讨论了闪存存储系统3个方面的关键技术：基于I/O栈调整与重构的存储性能优化、系统级可靠性、体积与能耗.最后总结了闪存存储系统的现状与特点,并指出未来可能的研究方向.     

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.     

支持跨步访问的嵌入式存储系统

提出了一种新型多素数嵌入式存储系统,能够显著改善系统跨步访问的性能。提高跨步访存的带宽,对于改善系统的整体性能有着重要的意义。但是,在嵌入式系统中,受片外结构的尺寸限制,直接应用经典的素数存储系统理论无法显著改善跨步访存性能。为此,该新型系统以素数存储系统理论为基础,引入主存访问调度策略并结合嵌入式系统的实际结构特征,构造了一种两层结构的多素数存储系统,可以用较少数量的存储模块实现,而且从逻辑地址到物理地址的映像计算简单,能够以相对较小的硬件代价实现对嵌入式存储系统跨步访问的有效支持。理论分析和实验结果均证实了该系统的正确性和有效性。     

一种可靠高效的闪存文件系统

智能芯片离不开软件的支持,这些软件和配置文件一般存储在闪存中,处理器启动时从闪存中读取启动代码,然后由启动代码将各个软件模块和配置文件加载到相应的芯片,最后引导操作系统。本文介绍了一种可靠高效的适合于启动闪存使用的文件系统,包括文件系统的特点、结构、实现原理,并和其他同类型文件系统进行了比较。     

基于闪存的图像存储系统设计

针对硬盘存储图像速度慢、可靠性差的弊端,分析了以Flash作为存储介质的可行性,提出了一种基于闪存Flash的存储系统设计方案.利用并行与流水线技术相结合,有效提高了存储容量和操作速度.整个存储系统利用FPGA控制读、写、擦除以及坏块识别的逻辑时序,利用单片机管理无效块,建立有效块表.实现了对高速大容量图像数据的存储操作,满足了实际应用中高速相机的需求.     

一种用磁盘备份SSD的高性能可靠存储系统

固态盘(solid state drive,SSD)因为其优越的性能已被大量部署于当前的存储系统中.但是,由于寿命有限,SSD的可靠性受到广泛的质疑.磁盘阵列(redundant arrays of inexpensive disk,RAID)是一种传统的用来提高可靠性的手段,但并不适用于SSD.这项工作提出一种基于SSD和磁盘的混合存储系统,构建该系统的主要思想是SSD响应所有I/O请求,从而获得较高的性能;磁盘备份所有数据,从而保证系统的可靠性.但是,磁盘的I/O性能显著低于SSD,构建该系统的问题在于磁盘能否及时地备份SSD上的数据.为了解决这一问题,从两方面提出优化:在延迟方面,采用非易失主存弥补磁盘与SSD的延迟差距;在带宽方面,采用两种措施:1)在单块磁盘内部重组I/O请求,使磁盘尽可能的顺序读写;2)采用多块磁盘备份多块SSD,通过将一块SSD上的写请求分散到多块磁盘上,有效应对单块SSD上出现的突发写请求.通过原型系统实现表明,该混合系统是可行的:磁盘能够为SSD提供实时的数据备份;与其他系统相比,该混合系统取得较高的性价比.     

HV-Recovery:一种闪存数据库的高效恢复方法

和磁盘相比,闪存作为一种新型的存储设备,具有读写速度快、抗震、省电、体积小等优点.因此,当前的研究普遍认为闪存将取代磁盘成为新一代的数据库二级存储设备.但是,由于闪存具有和磁盘不同的一些固有的读取特性,将当前基于磁盘设计的数据库直接移植到闪存上时,并不能充分发挥闪存设备的优越性.在数据库的恢复过程中,由于闪存的异地更新和重写之前先擦除的特性将带来大量高代价的小的随机写,直接使用传统的恢复方法在闪存数据库中就更难以充分利用闪存的优越性.因此,文中提出了一种对闪存中天然存在的数据的历史版本来进行管理和利用的恢复方法HV-recovery,来改进undo恢复的性能.通过和开源数据库Oracle Berkeley DB的比较,实验结果表明HV-recovery是原有的恢复算法性能的2～8倍,充分说明了其优越性.     

一种自适应存储系统的研究与设计

现有的存储系统不能够根据当前运行环境自动调整存储方案,常常表现为性能越用越差.进化存储系统通过系统物理结构进化、系统逻辑结构进化、数据分布进化等三种实现方式,使得海量存储系统能在运行过程中根据存储系统环境及自身状态的变化,自动选择最适合当前环境的系统组织方案,保持系统的动态平衡.文章对进化存储系统的优化策略进行了详细的分析与设计,以实现更高效的海量存储系统管理.     

一种针对闪存的高效缓冲区置换算法

随着闪存容量的不断增长和闪存应用的日益广泛,针对闪存的缓冲区管理已成为一个迫切需要解决的问题.针对闪存的写代价显著高于读代价的特性,提出一种针对闪存的页面置换算法LEAC.LEAC根据页面的读写负载和闪存的读写代价差异对换出页面引起的预期闪存访问开销进行评估,优先换出预期访问开销最低的页.实验表明,LEAC可以显著降低闪存访问开销.     

一种基于Linux的flash文件系统存储策略

随着嵌入式系统的广泛应用,嵌入式系统中的数据存储和数据管理显得日益重要.本文主要介绍flash存储器的存储特点,Linux文件系统的两类存储策略:块式存储和线性存储,并在此基础上提出了一种改进的简单日志文件系统的存储策略.     

一种基于Linux的flash文件系统存储策略

随着嵌入式系统的广泛应用,嵌入式系统中的数据存储和数据管理显得日益重要。本文主要介绍flash存储器的存储特点,Linux文件系统的两类存储策略：块式存储和线性存储,并在此基础上提出了一种改进的简单日志文件系统的存储策略。     

一种适用FADEC的NAND Flash文件存储系统

NAND Flash具有容量大、存取数据快的优点.但是,在使用过程中NAND Flash会产生坏块,且坏块是随机分布的.因此,操作NAND Flash需要相当的技巧,不能往坏块里写入数据.同时,NAND Flash更容易发生位翻转,需要使用ECC算法确保信息的正确性.在航空发动机上NAND Flash主要用来记录发动机控制(FADEC)的历史数据.FADEC的历史数据记录要求大容量、实时性和正确性.提出的适用FADEC的NAND Flash的文件存储系统(FFS_N)可以有效地解决NAND Flash使用上的问题,同时满足航空发动机控制历史数据记录要求.     

一种基于Flash的智能卡文件系统

介绍了一种针对基于Flash的智能卡的文件系统的设计与实现方案.它以尽可能少的代价,实现了智能卡应用中存储空间的释放与重用,为智能卡上损坏的Flash的存储块提供了一种管理机制,平均化对Flash存储器的擦除操作,最大限度地延长了Flash存储器的使用寿命,并且为意外事故造成的数据损失提供了恢复措施.仿真结果证实了该文件系统设计的正确有效性.     

基于CP-ABE的多云存储系统中访问控制模型的研究

针对将单个云内基于密文策略属性基加密(CP-ABE)的访问控制机制应用到多云存储系统中时遇到的策略冲突问题,设计了一个属性映射机制,通过扩展CP-ABE机制,提出了一个适用于多云存储系统的访问控制模型。这里的映射机制主要针对CP-ABE的树形访问结构以及其支持的属性值类型。最后,详细描述了该模型的框架及工作流程,通过构建一个简单的原型系统验证了该模型的有效性,同时对该原型系统进行了性能分析。该模型的提出对于多云存储系统的访问控制研究具有理论价值和实际意义。     

大容量NAND Flash文件系统中的地址映射算法研究

随着Flash芯片容量的日益增长,如何设计低空间复杂度的Flash管理算法已经成为RAM空间受限的嵌入式存储系统的一个关键问题.本文根据文件在Flash介质上连续存放的特性,引入区段的概念,提出基于极大映射区段的地址映射算法,并使用简单的数据结构和高效的算法来维护映射中的区段,大大减小了Flash文件系统的RAM用量.最后,通过不同应用负载的实验验证了该算法的有效性.在部分应用负载下,可降低高达95%的RAM使用量.     

模式识别的最大熵神经网络方法

文章提出了模式识别的最大熵方法,其基本思想是求出最大熵概率分布,再求出条件概率分布,进而作出二值分类。它的特点是能最大限度地利用已有信息做出最合理的推测。求解最大熵分布时,需要解复杂的约束优化问题,为此使用了神经网络,从而使该方法结合了神经网络的很多优点。该方法的突出优点是在小样本情况下仍能保持很好的识别率。     

路由器高效并行存储访问机制

访存速率远滞后于传输速率的发展,成为影响路由器性能的最大瓶颈。该文提出一种高效并行存储设计方案,通过简洁的软硬件协同技术实现,硬件实现2个同样大小的输出端缓冲区,消除由于单个存储接口可能引起的系统瓶颈,软件设计为成对存储信元的结构。试验结果表明,该机制有效提高了存储访问速度和路由器的吞吐率。