閃存存儲系統(tǒng)的性能優(yōu)化研究.pdf

1、閃存存儲系統(tǒng)作為一種高性能、低功耗、非易失的存儲設(shè)備已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)、桌面系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)中心。然而閃存存儲系統(tǒng)普遍存在寫性能較差，不可就地更新和壽命較短等問題。這些問題是閃存存儲系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的主要障礙。因此，設(shè)計有效的管理方案以優(yōu)化閃存存儲系統(tǒng)性能，是閃存存儲系統(tǒng)的成功應(yīng)用至關(guān)重要。本論文中我們主要針對閃存存儲系統(tǒng)在應(yīng)用中所表現(xiàn)出的以下幾個重要特征來優(yōu)化閃存性能:
　　 (1)閃存存儲系統(tǒng)讀寫操作在讀寫速度上存在較大的不

2、對稱性;
　　 (2)閃存存儲系統(tǒng)的更新操作具有不可就地更新的特征;
　　 (3)閃存存儲系統(tǒng)的讀、寫和擦除操作存在操作粒度不對稱的特征。
　　 本論文將針對閃存存儲系統(tǒng)應(yīng)用于磁盤緩存系統(tǒng)和外部存儲系統(tǒng)展開研究。本文的主要工作和創(chuàng)新如下:
　　 首先研究閃存作磁盤緩存系統(tǒng)的問題?；陂W存的磁盤緩存系統(tǒng)研究已久，然而目前的閃存磁盤緩存系統(tǒng)很難滿足其壽命和性能的要求。盡管有大量工作關(guān)注于優(yōu)化閃存性能和壽命，然

3、而對于高密度、高隨機(jī)化的應(yīng)用，這些方法都無法從根本上解決問題。本文考慮閃存作磁盤緩存的特征，提出了一個混合的磁盤緩存系統(tǒng)。我們通過使用新型非易失性存儲器和閃存組合構(gòu)成混合式磁盤緩存，通過減少閃存低效的寫操作和擦除操作來優(yōu)化閃存的寫性能和延長閃存壽命。本文中，我們使用的新型非易失性存儲器是相變存儲器，它是目前最有發(fā)展?jié)撡|(zhì)的非易失性存儲器之一。
　　 其次研究閃存作外部存儲器的問題。我們考慮在此類存儲系統(tǒng)中通過主機(jī)系統(tǒng)來優(yōu)化閃存存儲

4、系統(tǒng)性能。目前，已有部分工作在虛擬內(nèi)存系統(tǒng)中通過挖掘閃存讀寫不對稱的特征來設(shè)計優(yōu)化方案。然而這些方案都普遍存在不能夠有效利用閃存存儲系統(tǒng)中寫緩存的問題。寫緩存是目前閃存存儲系統(tǒng)中的一個重要部件。本文首次設(shè)計了一個對寫緩存感知的虛擬內(nèi)存管理方案，通過對寫緩存管理和虛擬內(nèi)存管理的聯(lián)合設(shè)計，從而達(dá)到性能最大化。與此同時，為了配合虛擬內(nèi)存中所提出的管理方案，本文還設(shè)計了一個新的寫緩存管理方案。
　　 雖然從主機(jī)系統(tǒng)通過設(shè)計虛擬內(nèi)存管理方