混合固态磁盘磨损均衡算法研究

[摘要]：鉴于NAND闪存的可擦除次数有限，不均衡的擦除会降低闪存的可靠性。因此，为了延长闪存的寿命，设计了具有擦除时间自适应均衡的损耗均衡算法是至关重要的。混合固态驱动器通常由SLC（单级单元）和MLC（多级单元）闪存组成。 SLC和MLC闪存之间的热数据和冷数据分布，闪存之间的损耗均衡以及闪存内部的损耗均衡是混合固态驱动器。针对闪存转换层设计中的关键问题，针对这些问题，本文主要做了以下工作：1)基于SLC和MLC闪存的各自特性，本文设计了一种阈值变化的分隔器动态与当前的读写请求。 SLC适用于处理小型和热数据，而MLC适用于处理大型和冷数据。由于频繁读取和写入热数据，因此，如果将热数据尽可能多地部署在SLC闪存中，则数据的总体响应时间将大大减少。实验表明，本文的动态阈值算法可以很好地识别出冷热数据。针对SLC内部磨损不均匀，混合固态闪存利用率低的问题，设计了一种基于物理页面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度来管理SLC中的热数据，从而提高了SLC闪存的利用率。一般来说，SLC闪存的耐久性是MLC的10到20倍。在混合固态驱动器中，SLC和MLC闪存易于磨损而失去同步能力。为解决此问题，本文设计了一种流量控制器。通过两者的磨损程度和数据的实时发热量，可以选择性地重新分配热数据和冷数据，从而可以有效地平衡两者的磨损并减少闪存之间的数据迁移数量。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与MLC闪存之间的磨损均衡度。 3)针对MLC内部耗损均衡的问题，本文提出了一种基于逻辑页的发热量和物理块热量的组合的静态耗损算法和动态耗损均衡算法。重新定义数据的流行度。除了考虑物理页面的因素外，该算法还考虑了逻辑页面的流行程度和逻辑页面的更新间隔。为了识别热物理块和冷物理块，考虑闪存介质的物理特性来解决物理块擦除不均匀的问题（一些块很难擦除，有些块可以重复擦除）。实验结果表明，该算法可以大大提高MLC闪存的内部损耗水平，延长闪存的使用寿命。

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