基于nand閃存的固態(tài)盤關鍵技術研究

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1、碩士學位論文題目:基于NAND閃存的固態(tài)盤關鍵技術研究研究生杜晨杰專業(yè)電子與通信工程指導教師姚英彪副教授完成日期2015年11月杭州電子科技大學學位論文原創(chuàng)性聲明巧使用授權說明原創(chuàng)性聲明：，本人鄭重聲明所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下獨立進行研宛工作巧取得的成果。除文中己經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)衰或撰寫過。。的作品或成果對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均己在文中（＾＾明確方式標明申一請學位論文與資料若有不實么處，本人承擔切相關責任。

2、Ｉ論文作者簽名；月多日：日期年學位論文使用授權說明本人完全了解抗州電子斟巧大學關于保留和使用學位論文的規(guī)定，即；研巧生在校攻讀學位期間論文工作的知識產(chǎn)權單位屬杭州電子科技大學。本人保證畢業(yè)離校后，發(fā)表論文或使用論文工作成果時署名單位仍然為杭州電子科技大學。學校有權保留送交論文的復印件，允許查閩和借閱論文；學?？晒颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，可從允許采用影印、縮印或其它復制手段保存論文。（保密論文在解密后遵守此規(guī)定）論文作者簽名：日期：互巧占年月ｇ日少／４釋才／：月咨

3、日指導教師簽名：日期。＾＾年么／杭州電子科技大學碩士學位論文基于NAND閃存的固硬盤關鍵技術研究研究生：杜晨杰指導教師：姚英彪副教授2015年11月DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityfortheDegreeofMasterResearchonKeyTechnologyforNANDFlash-basedSolidStateDriveCandidate:DuChenjieSupervisor:AssociateProfessorYaoY

4、ingbiaoNovember，2015杭州電子科技大學碩士學位論文摘要近半個世紀來，隨著計算機體系結構技術及芯片加工技術的不斷進步，計算機系統(tǒng)的CPU性能與IO性能的差距不斷擴大。計算機系統(tǒng)IO性能的瓶頸在于硬盤。這些年雖然磁盤容量有了迅速提升，但由于其存在機械旋轉結構，訪問速度提升有限，使得基于硬盤的存儲系統(tǒng)成為計算機系統(tǒng)的性能瓶頸之一。相比于傳統(tǒng)的硬盤，固態(tài)硬盤呈現(xiàn)出許多優(yōu)良的性能：低功耗，讀寫速度快，防震抗摔性好，無噪音，重量輕等，因此固態(tài)硬盤在許多領域已經(jīng)開始替代傳統(tǒng)硬盤。然而，固態(tài)硬盤

5、也繼承閃存的缺點，包括讀寫不對稱、寫前擦除、有限的擦除次數(shù)等。本文主要研究固態(tài)硬盤設計中的緩沖區(qū)管理算法和閃存轉換層算法，以減少對固態(tài)硬盤的寫和擦除次數(shù)。在緩沖區(qū)管理算法設計中，本文提出了一種面向頁級FTL的緩沖區(qū)管理算法——VBBMS（Virtual-Block-basedBufferManagementScheme）。首先，VBBMS將RAM分成隨機請求處理區(qū)和連續(xù)請求處理區(qū)，分別用來處理隨機請求和連續(xù)請求；其次，VBBMS采用虛擬塊技術，盡可能存儲訪問頻率高的數(shù)據(jù)，并且對隨機請求進行重構，將

6、隨機的、小的請求變成順序的、大的連續(xù)請求發(fā)送給SDFTL，以減少閃存的讀寫次數(shù)和優(yōu)化垃圾回收的效率；最后，連續(xù)請求處理區(qū)通過預取數(shù)據(jù)，利用請求的空間局部性，增加了緩沖區(qū)的命中率，進一步了提升系統(tǒng)的整體性能。實驗結果顯示，平均而言，VBBMS相比BPLRU算法，緩沖區(qū)命中率提高20.92%，響應時間減少23.93%，塊擦除次數(shù)減少13.38%；相比CFLRU算法，緩沖區(qū)命中率提高29.33%，響應時間減少28.09%，塊擦除次數(shù)減少48.77%；相比頁級LRU算法，緩沖區(qū)命中率提高44.16%，響應

7、時間減少33.70%，塊擦除次數(shù)減少55.75%。在閃存轉換層算法設計中，本文提出一種基于分類處理的聚簇頁級閃存轉換層算法——CPFTL（ClusteredPage-levelFlashTranslationLayer）。首先，CPFTL將地址映射緩存分為熱映射表緩存、冷映射表緩存和連續(xù)映射表緩存，分別用來緩存訪問頻繁的請求的映射項、訪問不頻繁的請求的映射項和高空間本地性的請求的映射項，有效提升了各類請求的處理能力。其次，為利用連續(xù)請求的空間本地性，CPFTL的連續(xù)映射表緩存預取多個連續(xù)的映射項，

8、提高它對連續(xù)請求的響應性能。最后，為減少頁級映射算法的轉換頁讀寫開銷，CPFTL的冷映射表緩存采用聚簇策略，即將屬于同一轉換頁中的映射項進行聚簇，按簇進行LRU管理，當冷映射表緩存滿時，根據(jù)簇的映射項個數(shù)和LRU選取合適的簇剔除到閃存。實驗結果顯示，平均而言，CPFTL相比經(jīng)典的DFTL算法，總體緩存命中率提高50.59%，響應時間減少24.43%，地址轉換頁操作次數(shù)減少82.87%，塊擦除次數(shù)減少29.35%；相比最新的SDFTL算法，總體緩存命中率提升9.88%，響應時間減少8