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《湖南大学》 2017年
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基于固态硬盘的磨损均衡算法的研究与设计

温雷  
【摘要】:随着信息化时代的来临,海量数据的存储与处理对存储器的性能要求越来越高;基于温彻斯特技术的传统机械硬盘受制于其物理结构的约束,已逐渐不能满足人们日益增长的需求。以半导体为存储介质的固态硬盘作为一种新兴存储设备逐渐进入人们的视野;固态硬盘具有读写速度高、功耗低、抗震性强和工作温度范围大等特点,受到国内外研究者们的高度关注。随着制造工艺的进步与成本性能的提高,固态硬盘逐渐呈现出取代传统机械硬盘的趋势。然而,由于闪存所固有的缺陷,闪存块通常具有有限的擦除次数;一旦达到其擦除上限,块上所存储的数据将会变得不可靠。采用磨损均衡算法将擦除操作均匀的分布在所有块中,尽可能保证所有块同时达到其使用上限,从而实现延长固态硬盘使用寿命的目的。本文详细的分析了静态磨损均衡算法的基本原理、研究现状以及影响其性能的主要因素,提出了两种不同的磨损均衡算法。论文的主要工作和创新成果如下:1.提出了一种改进型分组磨损均衡算法。算法在保证磨损均衡性能的同时,能显著地降低磨损均衡算法所需要的内存消耗。此外,算法还提出了一种更为精确的冷数据识别方式,可以减少因数据迁移所带来的额外擦除操作。通过SSDsim进行实验验证,结果表明,我们所提出的算法具有与经典确定性算法相近的磨损均衡性能,但仅占用其8%左右的内存资源。2.提出了一种新的基于多个高级布隆过滤器的冷热数据识别方式,并在此基础上提出了一种基于冷热数据分离的磨损均衡算法。通过改进布隆过滤器的写入方式,在不改变布隆过滤器大小的前提下,大大降低布隆过滤器所存在的误判率,提高了冷热数据识别的准确性。通过将冷热数据进行分离存储,将具有相同属性的数据分配在同一块中,使得数据的变化具有同步性,减少垃圾回收操作中有效页转移的数量。与此同时,将冷数据分配给磨损较为严重的“年老块”,将热数据分配给磨损较轻的“年轻块”,降低静态磨损均衡算法触发的概率,减少磨损均衡操作所产生的额外写入次数。实验仿真和理论分析,证明了算法的有效性。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP333.35

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