一种基于子页的固态存储FTL性能优化算法的研究

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固态盘(Solid State Disk,SSD)相比传统机械硬盘在读写延迟、带宽、功耗、可靠性等方面都有很大提升,在目前的存储系统中应用越来越广泛。为了获得更大的容量,降低成本,提高写吞吐量,闪存厂商积极致力于提高闪存的页大小,而IO请求的大小在目前的应用场景范围内并不能随之同步。这种大小不匹配问题导致闪存在使用过程中随机小写现象相当普遍,降低闪存的性能、空间利用率和寿命。为了解决闪存页变大而带来的性能和空间利用率问题,提出一种新的基于子页的FTL算法,称为Subpage-level FTL(SFTL)。SFTL通过将单个闪存页划分为更小单位的子页,引入更为灵活的子页映射层次,并将上层文件系统下发的IO请求转换为子页级别的读写请求。为了减少对SRAM空间的需求,SFTL应用混合映射的思想,使用日志页来记录数据页上子页粒度的更新。日志页和数据页混合存储于闪存块中;其中,数据页采用页映射,日志页采用子页映射。在这种地址映射模式下,SFTL提出基于页级合并的垃圾回收方式,按页进行日志页和数据页的合并回收;同时提出一种以子页为管理节点的LRU数据缓存和替换策略,提高闪存的读写性能。最后,在Flashsim平台上对SFTL算法进行了仿真实现。测试结果表明SFTL可以有效提高写效率,减小写入放大,进而提升闪存性能和寿命;相比FAST和DFTL,平均响应时间分别最多减少了约82%和31%;块擦除次数分别最多降低约94%和46%。
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