flash-disc混合盘存储调度策略研究

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1、华中科技大学硕士学位论文Flash-Disc混合盘存储调度策略研究姓名：吕士朋申请学位级别：硕士专业：计算机系统结构指导教师：周功业20070527*摘要由于磁盘的读写速度受到盘内磁头读写速度的限制，其实际的传输速度并不能达到ATA接口速度的最大值，因此降低了整个计算机系统的性能。针对以上问题，将Flash和磁盘相结合，在Flash内缓存写入/读自磁盘的数据，对于写入磁盘的数据，当数据量达到一定值时集中写回盘片；对于从磁盘读出的数据，将经常使用的数据缓存在Flash中。通过以上措施，可以加快混合磁盘的I/O速度。同时，由于数据可以缓存在Flash中，在不对

2、盘片进行读写操作时，可以使盘片停转，从而可以有效降低磁盘的功耗。Flash具有掉电不丢失数据的特点，因此，混合磁盘掉电时不必将数据写入盘片，这使得加快开机速度和增大缓存的容量成为可能。混合磁盘的数据调度策略和算法是提高混合磁盘性能的关键。在深入分析计算机系统存储管理和比较各种缓存技术的基础上，针对磁盘数据容量大和传输速度慢的特点，设计了混合磁盘的系统结构和数据调度策略。在结构上将Flash空间分为读缓存和写缓存，分别缓存写入和读自磁盘的数据；调度策略上针对读操作和写操作各自的特点分别设计，将最频繁使用的数据存储在Flash中，充分利用Flash空间以降低功

3、耗。同时，采用了散列表的查找算法能够快速的确定数据块的位置；定期整理Flash中的零碎空间使空闲空间连续，加快了Flash中数据的读写速度；基于时间的磁盘停转算法因为区分了读操作和写操作而得到进一步优化；通过计算Flash空间被占用的速度，判断剩余空间何时被用尽以提前使磁盘起转，从而减小了读写数据的延迟。仿真测试结构表明，相对于普通磁盘，混合磁盘在传输速度、功耗和稳定性方面有明显的改进。关键词：磁盘，闪存，混合磁盘，缓存，磁盘停转，数据预取*本文的研究工作受到国家863计划项目（2005AA114180）的资助I*AbstractTheperformanc

4、eoftheharddiskhassignificantimpactonthewholecomputersystem.Butithasbeendroppedbehindandturnstobethebottleneck.ThisisbecausethattherealI/Ospeedoftheharddiskislimitedbythemagnetichead'sread/writespeed.Inordertosolvethisproblem,flashandharddiskcanbeassembledtoconstitutehybridharddisk

5、.Bycachingthedatainandoutthediskintheflash,thehybridharddiskwillhavebetterperformance.Forthedatatobewrittenintothedisk,theflashwillcachethedatauntilthedatasizeisuptoafixedvalue;forthefrequentlyuseddatareadfromthedisk,theflashalsocachesthedataforthepurposeofavoidingreadthesamedataf

6、romthediskwhenitisusednexttime.Also,whentherearenooperationstothedisk,thedisksheetcanbespindowntoreducetheconsumptionofenergy.Inthehybridharddisk,theflashisthecacheofthedisk.Itslevelisbetweenthemainmemoryandthedisk.Ascache,flashisdifferentfromthetraditionalRAMstylecache,becauseitw

7、on'tlosethedatainitwhenthepowerissuddenlydown.Sothispointmakesacceleratingthecomputer'spoweronratepossible.Thekeyproblemofthehybridharddiskistodesignproperschedulingstrategyandalgorithm.Throughanalyzingallkindsofcachetechnologyandthestoragemanagementstrategy,specialschedulingstrat

8、egyisdesignedtothehybridharddisk.