● 摘要
闪存具有非易失性、高速、体积小、功耗低、防震动、可靠性高等特点，因而被广泛应用于嵌入式入式系统中。由于现有的磁盘存储管理技术无法直接应用在闪存设备上。因此，研究高效的闪存存储管理技术，具有十分重要的理论意义和应用价值。本文对闪存存储管理领域的已有研究成果进行了总结，分析了闪存存储管理的关键问题，并在地址分配、垃圾回收、缓冲区置换策略等方面进行了研究，提出了相应的解决方法。本文的主要贡献包括以下几方面：1. 给出了一种基于区块切换结构的地址映射算法，简称为ZFTL。ZFTL是一种新型的纯页映射结构的闪存转换层，能够把整片闪存芯片划分为多个区块进行管理。由于ZFTL只会把请求所对应区块的地址信息缓存到内存中，因此能有效地降低内存开销，并对高集成度的闪存有良好的可扩展性。2. 给出了一种基于访问模式选择算法的二级缓冲机制。该机制能够充分利用工作负载中的时间局部性和空间局部性，显著地减少地址转换时带来的开销。通过有选择地对映射关系进行缓存，ZFTL充分利用有限的内存资源，有效地提升缓冲区命中率和减少系统响应时间。3. 设计了一个闪存转换层算法仿真验证平台。该平台在FlashSim的基础上进行二次开发，加入了ZFTL算法模块，同时实现了三种经典的FTL算法，分别为页映射、FAST和DFTL。本次仿真选取了从实际应用中所收集的访问请求作为其输入源，通过在不同输入特性的工作负载下对所实现的四种FTL算法进行仿真，对ZFTL的系统性能有更深入的理解。