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。     

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。     

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。     

基于NAND型闪存的嵌入式文件系统设计

由于具有高密度和良好的存取速率等特点,NAND型闪存在嵌入式系统领域中被广泛应用,但其所固有的擦除－写入更新机制以及高坏块率等特性却又成为其在应用中的障碍。提出了一种基于NAND型闪存的日志结构嵌入式文件系统,用于充分利用NAND型闪存的优势并克服其缺陷。文件系统在嵌入式Linux操作系统中予以实现,并进行了性能测试。     

一种基于NAND闪存的嵌入式Linux文件系统

本文分析了NAND闪存的独特属性和它对嵌入式Linux文件系统提出的新要求,在此基础上提出了一个基于NAND闪存的嵌入式Linux文件系统。     

基于NAND闪存存储器的一种超级块闪存翻译层机制研究

NAND闪存的存储系统中,软件中间层闪存翻译层通常被用来隐藏写前必须先擦除的NAND闪存特性。介绍一种新的闪存翻译层机制,它会将相邻的逻辑块合并为一个块,称之为超级块,该超级块在闪存翻译层机制下是粗颗粒度映射,而其中的页是被细颗粒度映射到物理块的任意位置。为了减少额外的存储和闪存操作,细颗粒度映射信息被保存在NAND闪存的空闲区域。使用该混合映射技术不仅具有细颗粒度的灵活性而且只需要占用粗颗粒度的存储空间。实验结果研究表明,与其他闪存翻译层技术相比,该闪存翻译层机制减少了多达40%的垃圾回收操作。     

考虑操作时间局部性的NAND闪存脏块回收算法

在闪存存储系统的脏块回收过程中,按照对数据操作的时间,将脏块中的有效数据分拣成"热"数据和"冷"数据,分别写入到当前"热"写入块和"冷"写入块中,减少在回收过程中多次对"冷"数据的无意义重复拷贝;同时在挑选脏块进行回收时,利用脏块中的有效数据量、块的最近更新时间、以及块的磨损程度构造代价函数,选整体效果最优的脏块进行回收操作.实验表明,与当前各种主要脏块回收算法相比,有较好的回收操作效率,降低了总体的块磨损程度,并有较好的块磨损均衡度.     

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。     

面向NAND闪存的数据安全删除研究

针对闪存的数据安全删除提出一种载体访问分层模型,讨论在各层访问并实现数据安全删除的优缺点,给出各层具有代表性的数据安全删除方法与技术。最后,提出一种基于控制器的数据安全删除方案,详细描述方案的实现流程以及各模块的主要功能。实验表明,该方法能够实现数据的安全删除。     

NAND Flash文件系统的研究与改进

NAND Flash因非易失、抗震、低功耗等特点被广泛应用于嵌入式系统的大容量数据存储中。虽然随着JFFS3文件系统的提出,理论上解决了初始化文件系统时需扫描整个闪存分区、挂载时间过长、占用内存过多的缺陷,但并未解决NAND Flash本身随机读写严重不均衡的问题。在对JFFS3文件系统研究的基础上提出采用FDTree索引结构的SFFS文件系统,以解决在数据频繁更新的环境里NAND Flash数据管理问题,给出了考虑损耗均衡兼顾回收效率的垃圾回收机制。     

一种基于功能表的高效FTL算法

FTL用于将闪存模拟成标准的块设备以屏蔽其写前进行擦除的特性。传统的FTL算法采用扫描冗余区的方式建立映射表,初始化速度慢,并通过单纯的映射表实现地址转换,只能部分改善空间利用率,有的甚至提高了块回收代价,使运行效率变得低效。本文提出了功能表的思想,通过状态表寻址直接建立块映射表和块信息来提高启动速度,降低空间复杂度。通过将映射表与块信息相结合来实现读写操作中地址的查找,均衡了空间利用率和回收代价。     

一种闪存文件系统的数据恢复机制

基于面向大容量NAND闪存的嵌入式文件系统CFFS,结合其对芯片上数据的索引方式,在CFFS中引入引用节点和页位图等数据结构和相应算法,提出一种数据恢复机制。该机制在数据遭到破坏时将闪存文件系统恢复到一个一致的历史状态,保证芯片上数据的一致性和可用性。     

基于NOR闪存的嵌入式数控系统文件系统设计*

设计了一个基于NOR闪存、面向嵌入式数控系统应用的文件系统TDNC-FS,给出了文件系统的层次化结构,详细分析了各个层次的功能和实现方法,特别对系统记录区的设计、空闲扇区的管理和flash扇区的均匀磨损的实现进行了深入研究,提出了具体的设计方法.     

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。     

面向新型非易失存储器的文件级磨损均衡机制

自旋转移力矩磁存储器(spin transfer torque random access memory, STTRAM)和磁阻式随机存储器(magnetic random access memory, MRAM)等新型存储器具有接近于DRAM的访问速度,是构建高性能外存系统和提高计算机系统性能的重要手段,但有限的写次数是其重要局限之一.设计了文件系统级磨损均衡机制,使用Hash函数分散文件在外存中的存储,避免在创建和删除文件时反复分配某些存储块,通过分配文件空间时选择写次数较低的存储块,避免写操作的集中;使用主动迁移策略,在外存系统I/O负载较低时主动迁移写次数较高的数据块,减少磨损均衡机制对I/O性能的影响.最后在开源的基于对象存储设备Open-osd上实现了面向新型存储器文件系统级磨损均衡机制的原型,使用存储系统通用测试工具filebench和postmark的多个通用数据集进行了测试与分析,验证了基于新型存储器的文件系统级磨损均衡机制能稳定地将存储块写次数差减少到原来的1/20左右,同时最高仅损失了6%的I/O性能和增加了0.5%的额外写操作,具有高效和稳定的特性.     

非易失存储器NAND Flash及其在嵌入式系统中的应用

文中介绍了NAND Flash的芯片内部组织结构、主要的外部引脚及其功能、NAND Flash的类型、NAND Flash所支持的文件系统、与微处理器的连接和NAND Flash的固有特性,并对比了NAND和NOR Flash的异同。最后简述了闪存固件程序架构和如何在Linux操作系统中加入对NAND Flash的支持。