SSD中ftl算法简述课件.ppt

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1、SSD中ftl算法简述1主要内容选题背景SSD简介FTL层算法介绍典型page介绍总结选题背景近年来由于传统的磁盘存储技术不能满足日益发展的存储市场，随着多核、多线程等技术的出现使得处理器性能提升了百万倍，以磁盘为主流的外存储设备没有相应的性能提升，I/O成为了限制数据中心性能的重要因素。flashmemory(闪存)、PCM（相变存储）、忆阻器、MRAM（巨磁阻存储器）等新型存储介质孕育而生。选题意义SSD简介固态硬盘的存储介质分为两种：flash芯片，DRAM.nor-flash:存储密度低，编程擦除速度慢；nand-flash:存储密度高，成本低，相

2、对较快的写速度固态硬盘中会整合多个闪存芯片，固态盘中还包括控制器、内存芯片等。SSD简介---层次组成芯片(chip)—晶圆(die)—分组(plane)—块(block)—页（page）SSD简介—组成结构SSD简介—存在的问题操作的不对称性读写速度，读写粒度和擦除粒度先擦后写，异地更新有限的擦除次数FTL功能介绍用于向上层文件系统屏蔽闪存的存储特性，使其可以像使用磁盘一样使用固态硬盘。FTL可以针对闪存特性管理闪存的各种操作，以充分利用其高性能，延长其寿命。FTL主要包括地址映射、垃圾回收、损耗均衡和坏块管理等机制。地址映射页级映射：以物理页为基本映射

3、单元优点：灵活性强，缺点在于需要占用宝贵的SRAM空间块级映射：以物理块为基本映射单元优点：可以节省SRAM空间，缺点在于映射粒度太大而灵活性差混合映射：日志块采用页映射，数据块采用块映射性能和代价介于页映射和块映射之间垃圾回收由于SSD异地更新，将数据更新后会将原来的数据置为无效，这就产生了“垃圾”数据。垃圾回收即是回收这些无效的“垃圾”数据。回收垃圾数据的同时，会导致有效数据的迁移。块的擦除会影响负载均衡。损耗均衡主机对底层的固态硬盘的写请求是局部性和不平衡的，可能会对某个逻辑扇区频繁的更新将导致对一个闪存物理块的频繁擦除，这样就会造成闪存的一部分块在

4、整个系统到达使用寿命前损坏，进而缩短了固态硬盘的平均使用寿命。损耗均衡算法对延长SSD的寿命有着重要的作用。典型page介绍文献来源：YouZhou ,FeiWu,PingHuang ,XubinHe , ChangshengXie and JianZhou. An EfficientPage-levelFTLtoOptimize AddressTranslationinFlash  Memory.( EuroSys 2015)  April,2015.---------优化DFTL算法TPFTL专利：EarlT.CohenAmethodforusinga

5、variable-sizeflashtranslationlayerJul.24,2014---------适用于压缩数据的FTL算法文献来源：en-WeiHsieh,Han-YiLin,Dong-LinYang,etal.Multi-ChannelArchitecture-BasedFTLforReliableandHigh-PerformanceSSD.IEEETRANSACTIONSONCOMPUTERS,2014,63(12):3079~3091--------并行设计的FTL算法DFTL(DemandbasedPage-mappedFTL)TPF

6、TL1.建立性能模型和写放大默写性能模型：地址转化会导致直接或者间接地代价，影响SSD的性能(a.缓存没有命中，脏条目替换b.GC过程中映射条目的修改)；写放大模型：来源于没有命中cacha，脏条目的写回；GC过程中有效条目的迁移。结论：增加缓存命中率/减少脏条目替换的可能性有利于减少地址转换和写放大。TPFTL：提出了二级缓存LRU链表管理缓存，从而减少额外的执行次数。TPFTL与最先进的FTLs对比，TPFTL平均减少了62%的地址映射操作，提升了24%的响应时间。VFTL(variable-sizeFTL)延长SSD使用寿命是SSD的研究的重点。该专

7、利通过支持存放压缩的数据的方式，增大了SSD存储的用户数据，从而延长了SSD的使用寿命。假设SSD中存放压缩数据的平均压缩率为w，则存储相同大小的用户数据，压缩后需要的SSD空间为原来的w，SSD的使用寿命就为原来的1/w倍。VFTLVFTLPFTL(Multi-ChannelArchitecture-BasedFTL)PFTL交错的方式向不同的channel分配请求PFTL2.过strip技术，将前面分配的每一个请求进一步分割成子请求，然后分配到同一个die的不同planes中；3.进行Two-planeread/Two-planewrite/Two-P

8、laneBlockErase操作，增加并行性。PFTL--GCPF