面向高级命令的闪存转换层算法研究

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近些年基于闪存的固态盘已逐步取代传统硬盘,其读写速度更快、功耗更低、防震防噪声效果更好。然而现有固态盘读写速度与主存至少相差一个数量级,无法满足大数据存储、分析以及处理的高性能需求。基于闪存的固态盘有多个层次,通道、封装、闪存芯片、晶圆、分组,为开发闪存内部及外部并行性提供了硬件基础。现有研究大多着重于提升闪存外部并行性,即在固态盘中设置多个通道控制器来独立管理闪存通道。针对闪存内部并行性的调度策略,主要通过设计闪存转换层,使得闪存多个分组可以同时执行操作,并使用内部数据迁移操作,提高垃圾回收的效率。然而,现有工作并未综合考虑闪存各个层次的并行性,闪存资源利用率不高。通过分析闪存芯片的内部组织结构,研究闪存高级命令的使用方法,提出一种充分利用闪存外部及内部并行性的闪存转换层算法——ADFTL(Advanced Command Flash Translation Layer)。通过增加闪存晶圆的状态管理,记录其状态转换,以便使用交错操作开发晶圆级并行,并使用命令生成模块,尽可能充分利用闪存的交错操作和多分组操作,综合考虑各个层次的并行性。另外,在闪存的分组中提出块管理策略,为多分组写操作设置专用的闪存块,避免闪存空闲页的浪费。在固态盘模拟器SSDSim上对所设计的ADFTL进行测试验证,结果表明ADFTL能够减小读写操作的平均响应时间,增大固态盘IOPS,提高固态盘性能。
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