NAND閃存的自適應閃存映射層設計
加入技術交流群
順序鏈表的項數設有上限值，該值為系統中分配的順序日記塊數目。當表項超過上限值時，將從順序鏈表的最近最少訪問端刪除數據塊，合并日記塊和數據塊中的有效數據。當順序日記塊完全更新時，即數據塊內的數據完全無效，采用切換操作，用順序日記塊替換數據塊，并將該塊從順序鏈表中刪除。在本文中始終保留了一定數據的順序日記塊，以優化系統的順序寫。
位于隨機鏈表中的數據組，當需要新的存儲空間時，將為其分配新的隨機日記塊。隨機鏈表的項數也設有上限值，當超過上限值時，將從最近最少訪問端刪除數據組，將隨機日記塊和數據塊中的數據合并，生成新的數據塊，同時重設數據塊的狀態位，當再一次進行數據更新時，將重新進行訪問模式判斷。采用該方法能夠將冷數據及時從鏈表刪除，回收日記塊占用的存儲空間和頁映射表占用的內存空間。
1.3垃圾回收機制
由于采用日記結構進行存儲管理，在長時間運行時需要進行垃圾回收。進行垃圾回收時需要考慮的問題是回收時機和回收對象選擇，以及回收方法。垃圾回收機制是建立在地址映射方法基礎上，主要由兩部分構成：擦寫進程和回收進程。擦寫進程是專門負責擦寫操作，它的優先級比較低。在系統空閑的時候，擦寫進程才會輪到執行，每次該進程啟動，只負責擦寫一個塊，以免影響到正常的I／O性能。回收進程是當系統中的日記塊消耗完或閃存中的空閑塊低于某閾值，將從日記塊和數據塊中選擇回收對象，將有效數據復制到其他空閑區域中，將其交給擦寫進程處理，回收存儲空間。
本文回收進程主要包括兩部分，對順序日記塊的回收和對隨機日記塊的回收。當系統中的順序日記塊消耗完全時，將從順序鏈表的最近最少訪問端選擇日記塊，利用數據塊和順序日記塊內數據組織有序的特點，采用如圖4所示的方法，將數據塊中的有效數據復制到日記塊中，用日記塊來替換數據塊，擦除數據塊，回收數據塊占用的空間。對于隨機日記塊，將從隨機鏈表中選擇具有最多無效數據的數據組，回收方法是從數據組中選擇兩個或多個具有較多無效數據的日記塊，將日記塊中的有效數據復制到數據組的其他隨機日記塊中，如圖5所示，擦除選中日記塊，回收日記塊空間。
通過根據順序日記塊和隨機日記塊數據組織特點分別采用不同的回收方法，從而優化了垃圾回收的性能。對于順序日記塊，將數據塊與日記塊內有效數據合并，用日記塊替換數據塊，從而減少回收過程中的有效數據復制。而對于隨機日記通過選擇無效數據最多的塊進行回收，同時利用本文的多日記塊機制，將有效數據存儲到其他日記塊。從而不需要合并數據塊和日記塊的數據，減少了小數據更新情況下的有效數據的復制和塊擦寫次數，優化了垃圾回收的性能。
2 試驗結果與分析
在Linux系統中實現了本文的存儲管理方法，同時利用Linux自帶的閃存模擬器，模擬閃存存儲器的功能，在該模擬器上對本文的閃存映射方法展開研究，并與NFTL和混合映射方法進行比較，NFTL是Linux系統實現的塊映射方法。在實驗中采用額外寫操作次數和擦除操作次數來衡量閃存系統性能的標準，其中額外寫操作次數由實驗中閃存的實際寫次數減去用戶請求的寫次數來獲取，主要是由垃圾回收時有效數據的復制產生的。額外擦寫操作次數是指閃存系統的塊擦寫次數，是由于日記塊的消耗引起的。采用這兩個指標能夠直接反應垃圾回收的性能。首先研究了在進行文件和圖像等存取操作下系統的性能。由于僅進行圖像存取操作時，系統的大部分操作是順序寫。圖6所示是三種方法的額外寫操作次數和擦寫操作次數對比情況。從圖6中可以看出本文方法與NFTL方法接近，需要較少的有效數據復制和塊擦寫，而混合映射方法表現較差，尤其是有效數據的復制次數，明顯多于其他兩種方法。主要是由于本文方法與NFTL能夠利用塊映射方法來處理順序寫模式，在進行垃圾回收時，能夠通過將數據塊的有效數據復制到日記塊中，用日記塊替換數據塊，而不需要分配新的數據塊，減少有效數據復制和塊擦寫。而混合映射方法在進行垃圾回收時，需要分配新的數據塊來合并舊數據塊和日記塊中的數據，導致系統進行大量的復制操作和擦寫操作，降低垃圾回收的性能。
圖7的實驗結果是在進行圖像存取操作的同時加入對局部數據進行隨機訪問來獲取的。從結果可以看出，NFTL方法與混合映射方法的性能接近，都需要較多的額外寫次數和塊擦寫次數。本文的方法由于采用寫模式判別機制，能夠將隨機寫從順序寫中分離出來，對順序寫采用塊映射方法，對隨機寫采用混合映射方法進行存儲管理，從而垃圾回收次數較少，優化系統性能。
3 結 語
在本文中給出一種閃存映射方法，通過對數據寫模式進行區分，為不同的寫模式提供不同粒度的地址映射方法進行存儲管理，從而減少了垃圾回收過程有效數據復制和塊擦寫，提高了閃存存儲系統的性能。在將來，還需要進一步研究訪問屬性的判別方法，減少判斷錯誤的情況，進一步提升垃圾回收的性能。本文引用地址：http://www.104case.com/article/151826.htm
評論