基于随机游走的大容量固态硬盘磨损均衡算法

基于闪存的大容量固态硬盘(SSD)能够在未来取代磁盘.它有很多优点,包括非易失性、低能耗、抗震性强等.然而,基于NAND闪存的存储块自身存在有限的擦除重写次数的问题一直影响着它的广泛应用.当闪存芯片达到擦除重写的限制次数后,存储块上的数据就会变得不可靠.目前研究者们已经提出了一些磨损均衡算法来解决这个问题.但当固态硬盘的存储容量不断增大后,这些算法需要越来越多的内存容量来保证运行.文中提出一种基于随机游走的磨损均衡算法来应用在大容量的固态硬盘上,该算法能够很大程度地减少内存消耗.实验表明所需内存容量仅为BET算法的15.6%,与此同时磨损均衡的性能并没有降低.     

一种基于YAFFS2的静态磨损均衡算法设计

针对已有算法大多基于FTL(Flash Translation Layer)闪存存储体系设计,无法直接应用到闪存文件系统的情况,基于YAFFS2闪存文件系统设计了一种静态磨损均衡算法。考虑不同数据冷热属性的差异,设计了两种不同的块分配策略,在减缓最大擦除次数增长速度的同时,加强对冷数据占用块的利用;利用闪存块擦除次数在物理空间上分布的随机性,简化了块分配策略中的搜索过程,降低了算法复杂度;采用不均衡度阈值作为算法触发条件,保证良好的均衡效果。实验结果表明,算法降低了擦除次数方差,提高了闪存磨损均衡度,可有效延长闪存寿命,提高闪存存储系统的可靠性。     

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。     

OEBS:一种闪存磨损均衡算法

闪存诞生以来得到了广泛应用,它的特性包括:块擦除次数有限和擦除后重写.这两个特性都会影响闪存的使用寿命.针对这一问题,本文提出并实现了一种新颖的磨损均衡算法-OEBS(Outstanding Erase Block Set) -显性擦除块集.该方法通过高低频数据互换,有效均衡了擦除分布;使用显性擦除块集保护显性擦除块,避免了互换颠簸;将显性擦除块集和非显性擦除块集分开管理,提高了效率.模拟实验数据结合量化了的使用寿命延长度,表明数据块的擦除分布均匀,效率较高,有效延长了闪存的使用寿命.     

基于写数据页聚簇的固态硬盘缓冲算法

针对Flash写前需擦除,读写I／O开销不均衡等固有缺陷,研究面向闪存缓冲区管理,对提高基于Flash的固态硬盘（SolidState Disk,SSD）访问性能具有重要理论意义和应用价值．通过分析SSD关键技术及现有缓冲区管理算法,实现了一种适用于SSD的基于写数据页聚簇缓冲算法．文章中详细介绍了该算法关键技术及原理,并通过FlashSim仿真平台实现SSD写缓冲．基于仿真结果与传统缓冲算法性能比对,分析得出该缓冲算法可降低SSD随机写次数和SSD数据存储分散性,并提升SSD响应速度．     

基于贪婪策略的NAND FLASH存储器的磨损均衡算法研究

NAND FLASH存储器是无线传感器网络节点的存储设备。传感器节点在监控区域中不断获取数据信息,并进行节点之间的数据交互,使得NAND FLASH存储器频繁地进行写操作,从而造成物理块的擦除次数不均衡,缩短了存储器的使用寿命,最终影响整个传感器网络的使用寿命。针对上述问题,提出了贪婪策略的分区地址映射磨损均衡算法。该算法根据磨损擦除的参数进行贪婪选择,选择出擦除次数小的物理块进行写操作,而对擦除次数大的物理块进行配置与实验数据迁移,进入等待擦除。通过软件测试的方式,证明了所提算法可以有效地实现并优化NAND FLASH存储器的磨损均衡。     

一种针对块内日志存储模型的缓冲区管理方法

闪存的擦后写特性,使其对小粒度随机更新为主的数据库应用,存在较大的更新时延.基于块内日志的存储管理模型提出了一种使用日志的方法,有效地解决了该问题.但是由于没有考虑数据访问的冷热特性,使得热擦除块合并操作非常频繁,同时它们采用的强制日志刷新策略导致闪存日志区存在严重的碎片问题.针对上述问题,本文提出一种基于数据冷热检测的双链表缓冲区算法DLPA,它根据数据的访问特性动态地分配日志页大小,可以有效减少擦除块合并操作,同时在日志刷新至闪存时,结合两种日志打包策略,有效地改善了日志区碎片问题.实验显示,该算法在增加少量存储开销的前提下,显著地优于现有算法.     

全程优化的固态硬盘垃圾回收方法

由于NAND闪存的固有限制,写前擦除和擦除粒度较大,基于NAND Flash的固态硬盘（SSD）需要执行垃圾回收以重用失效页。然而垃圾回收带来的高开销会显著降低SSD的性能,也会直接影响SSD的寿命。特别是对于频繁使用的有数据碎片的SSD,垃圾回收带来的性能下降问题将更为严重,现有的垃圾回收（GC）算法各自侧重垃圾回收操作的某个步骤,并没有给出全面考虑各步骤对整体影响的综合方案。针对该问题,在详细剖析垃圾回收过程的基础上,提出了一种全程优化的垃圾回收方法WPO-GC,在数据初始放置、垃圾回收目标块的选择、有效数据的迁移、触发回收的时间点以及中断处理方式上,尽可能全面地考虑各步骤对SSD正常读写请求和寿命的影响。通过开源模拟器SSDsim上的WPO-GC的有效性验证表明,同典型GC算法相比,WPO-GC可以减少SSD读请求延迟20%~40%和写请求延迟17%~40%,均衡磨损近30%。     

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。     

MuLe-RAID:面向大容量高性能SSD的层次化RAID

利用RAID机制构建基于闪存的SSD可以提高SSD的性能和可靠性,但是随着SSD容量的增大,传统的单层RAID结构容易造成控制器的瓶颈.针对这个问题,提出了一种新的RAID策略——MuLe-RAID(Multiple Level RAID),给出了详细架构和设计细节.其采用层次化RAID结构,设置多个控制器,在每一层的控制器中实现不同粒度的损耗均衡管理,在保证SSD损耗均衡的同时,通过减轻控制器的瓶颈提高了SSD的性能.为了提高可靠性,MuLe-RAID采用了冗余机制,能够达到RAID5的容错级别.通过模拟实验测试表明,在大容量SSD中,相比传统RAID,MuLe-RAID在保证损耗均衡的基础上有大约30%的性能提升.     

Android存储系统中NAND闪存性能的改进

针对Android存储系统在闪存管理上存在较差的磨损均衡效果和较高的垃圾回收额外开销的缺陷,引入冷热数据分离策略,将文件按照不同热度写入对应热度的物理存储单元,同时改进垃圾回收策略,以达到良好的磨损均衡效果并减少垃圾回收额外开销。基于Android平台的实验结果表明,改进后的策略在有效减少NAND闪存垃圾回收额外开销的同时,还能有效改善其磨损均衡效果。     

CSWL: Cross-SSD Wear-Leveling Method in SSD-Based RAID Systems for System Endurance and Performance

Flash memory has limited erasure/program cycles.Hence,to meet their advertised capacity all the time,flashbased solid state drives(SSDs) must prolong their life span through a wear-leveling mechanism.As a very important part of flash translation layer(FTL),wear leveling is usually implemented in SSD controllers,which is called internal wear leveling.However,there is no wear leveling among SSDs in SSD-based redundant array of independent disks(RAIDs) systems,making some SSDs wear out faster than others.Once an SSD fails,reconstruction must be triggered immediately,but the cost of this process is so high that both system reliability and availability are affected seriously.We therefore propose cross-SSD wear leveling(CSWL) to enhance the endurance of entire SSD-based RAID systems.Under the workload of random access pattern,parity stripes suffer from much more updates because updating to a data stripe will cause the modification of other all related parity stripes.Based on this principle,we introduce an age-driven parity distribution scheme to guarantee wear leveling among flash SSDs and thereby prolong the endurance of RAID systems.Furthermore,age-driven parity distribution benefits performance by maintaining better load balance.With insignificant overhead,CSWL can significantly improve both the life span and performance of SSD-based RAID.     

基于DRAM牺牲Cache的异构内存页迁移机制

当海量数据请求访问异构内存系统时,异构内存页在动态随机存储器(dynamic random access memory,DRAM)和非易失性存储器(non-volatile memory,NVM)之间进行频繁的往返迁移.然而,应用于传统内存页的迁移策略难以适应内存页"冷""热"度的快速动态变化,这使得从DRAM迁移至N...     

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.