混合固态硬盘的磨损均衡算法研究

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1、学校代号１０５３２学号Ｓ１５１０Ｗ０６５３ＴＰ３９１密级分类号ＨＵＮＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ＂工程硕士学位论文混合固态硬盘的磨损均衡算法研究学位＿请人姓名蔡红卫工程学院培养单位信息科学与导师姓名及职称谭怀亮副教授谢向东高工学科专业计算机技术研究方向存储技术论文提交日期２０１８年５月１５日学校代号：１０５３２１５１５３学号：Ｓ０Ｗ０６密级：湖南大学工程硕士学位论文混合固态硬盘的磨损均衡算法研究学位申请人姓名：蔡红卫导师姓名及职称：谭怀亮副教授

2、谢向东高工培养单位：信息科学与工程学院专业名称：计算机技术论立提交日期：５月丨５日论立答辩日期：５月２７日答辩委员会主席：李智勇教授－ＡＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＷｅａｒＬｅｖｅｌｉｎｇｌｏｒｉｔｈｍｏｆＨｙｂｒｉｄＳＳＤｇｂｙＣＡＩＨｏｎｗｅｉｇＢ．Ｅ．ＸｉａｎｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔ２０１５（ｇｙ）ＡｔｈｅｓｉｓｓｕｂｍｉｔｔｅｄｉｎａｒｔｉａｌｓａｔｉｓｆａｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｔｈｅｄｅｇｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒ

3、ｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｎＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅＧｒａｄｕａｔｅＳｃｈｏｏｌｏｆＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＳｕｅｒｖｓｏｒｐｉＡｓｓｏｃｉａｔｅＰｒｏｆｅｓｓｏｒＴＡＮＭａｙ，２０１８湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研宄所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均已在

4、文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。一作者签名：日期：年月日系ｓ１学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以釆用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。．本学位论文属于１１、保密□，在年解密后适用本授权书。２、不保密０。“”（请在以上相应方框内打Ｖ）ｙ作者签名日期：

5、年月日导师签名：日期：＾＾年ｒ月日＾，Ｉ混合固态的磨损均衡算法研究摘要鉴于ＮＡＮＤＦｌａｓｈ闪存的可擦除次数有限，不均衡的擦除会降低闪存的可靠一，因此，性，为了延长闪存的使用寿命设计个自适应均衡擦除次数的磨损均衡ｎｇ－ＬｅｖｅＣｅｔ－算法至关重要。混合固态硬盘通常由ＳＬＣ（Ｓｉｌｅｌｌｌ）和ＭＬＣ（ＭｕｌｉＬｅｖｅｌＣｅｌｌ）闪存构成，ＳＬＣ和ＭＬＣ闪存之间的冷热数据分配、闪存间的磨损均衡以及闪存内部的磨损均衡是混合固态硬盘闪存转换层设计的关键问题，针对这些问题，本文主要做了以下工作：一１）基于ＳＬ

6、Ｃ和ＭＬＣ闪存各自的特点，本文设计了种阈值随当前读写请求大小动态变化的分离器。ＳＬＣ适合处理小而热的数据，ＭＬＣ适合处理大而冷的数据，由于热数据会经常的被读写，如果热数据尽可能的部署在ＳＬＣ闪存，数据整体的响应时间会大大减少。实验表明本文的动态阈值算法能很好地识别冷热数据。２一）针对混合固态中ＳＬＣ内部磨损度不均衡和闪存利用率低的问题，设计了种利用基于物理页循环队列的方法来管理ＳＬＣ闪存。本文通过控制循环队列的长ＳＬＣ，度对中的热数据进行管理，从而提高ＳＬＣ闪存的利用率。通常而言ＳＬＣ闪存耐受性比ＭＬＣ高１０倍到２０倍

7、的寿命，混合固态硬盘中ＳＬＣ和ＭＬＣ闪存之间极易出现磨损度不同步问题一，针对这个问题本文设计了种流量控制器，通过两者，的磨损均衡度和数据的实时热度来对冷热数据进行选择性的重新分配，能有效平衡两者的磨损度和减少闪存间数据的迀移次数。实验结果表明上述方法可以有效提高ＳＬＣ内部的磨损均衡度、闪存的利用率以及ＳＬＣ和ＭＬＣ闪存之间的磨损均衡度。３）鉴于ＭＬＣ内部磨损均衡的问题，本文提出了基于逻辑页的热度与物理块的热度相结合的静态磨损算法和动态磨损均衡算法。对数据的热度进行了重新定义，算法除了考虑物理页的因素外，还考虑到逻辑

8、页的本身热度以及逻辑页的更新时间间隔。对于冷热物理块的识别，考虑到了闪存介质的物理特性，来解决物理块）擦除不均问题（有些块几乎不