[发明专利]一种基于相关感知页面级FTL固态硬盘性能优化方法

说明书

本发明公开了一种基于相关感知页面级FTL固态硬盘性能优化方法。在基于闪存的SSD中，采用FTL将写内容重定向到空闲的物理地址，并管理逻辑地址到物理地址的映射表，这严重影响基于闪存的SSD性能。为了改进基于闪存SSD的性能，本发明利用工作负载中的I/O相关性，提出相关感知页面级FTL技术，基于读操作的相关性，设计相关感知映射表并构建相关性预测表，以支持相关感知映射表中映射条目的快速查找；并且，拆分读写缓存并构建了一个偏斜感知的脏条目索引，以提高缓存命中率和减少垃圾收集开销。本发明利用语义链接的相关感知页面级FTL方法，可以显著提高页面映射效率，改善读写性能并减少垃圾收集开销。

技术领域

本发明涉及SSD存储技术领域，具体涉及基于相关感知页面级FTL固态硬盘性能优化方法。

背景技术

随着大数据时代的到来，整个计算机系统对存储子系统的要求越来越高，基于磁盘的存储系统在性能、功耗等方面的缺陷更加突出。近年来，由于制作工艺的进步，闪存(Flash Memory)的存储密度不断提高，单位容量的价格逐步下降。闪存具有高性能、低功耗、非易失、质量强、抗震动等优点。基于闪存的固态硬盘(Solid State Drive,SSD)已应用于大规模存储领域，正处于快速普及阶段，使存储系统滞后计算机系统的局面有所改观，目前随着闪存容量的迅速增长和成本的不断降低，传统磁盘的统治地位正受到强有力的挑战。

当前的闪存芯片分为NOR型和NAND型，由于NAND型闪存相对于NOR型闪存，具有存储密度高、成本较低和写速度较高等优势，使其更适合应用于数据存储上，所以固态硬盘产品主要采用NAND型的闪存芯片。随着制造工艺的进步，NAND Flash芯片的存储密度越来越高，由其构成的固态硬盘的容量越来越大。固态硬盘内部通常通过内置有限的内存用来全部或部分存储映射表，然而随着固态硬盘容量的增大，闪存转换层(Flash TranslationLayer,FTL)维护映射所需要的内存空间增大，传统的管理方式受到挑战。

SSD主要由控制和存储两部分组成，存储部分主要是用于数据存储，控制部分用于读写数据等操作。针对现有的固态硬盘的FTL不能解析主机端存储访问的语义，仅以闪存页和闪存块为粒度用映射表的形式对SSD的存储空间进行管理，无法很好地解决受限条件下大容量闪存页管理带来的开销问题。通过少量修改现有的文件系统和I/O路径，使与存储布局相关的数据类型语义信息能够传递到固态硬盘。通过对请求数据进行分类处理，对文件系统的元数据采用基于页表的页级地址映射，对用户数据采用基于区段的地址映射以可变粒度的形式对闪存的存储空间进行管理，从而降低传统页表映射所需的内存容量，提升系统性能。利用文件系统发出的I/O请求携带的文件标识语义信息，汇聚同一文件的数据，便于SSD的垃圾回收与损耗均衡，提升系统寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于相关感知页面级FTL固态硬盘性能优化方法，该方法是率先在FTL中利用数据相关性的方法之一。通过在工作负载中巧妙地利用语义链接，提出相关感知页面级FTL可以显著的增强页面映射效率，读取和写入性能以及减少垃圾收集开销；在考虑到有限的磁盘存储器和计算资源下，为减少地址转换期间的页面提取次数，提出了相关性预测表来支持快速相关表查找；为了减轻垃圾收集开销，开发了偏斜感知的脏条目索引方案，该方案在执行位置感知脏条目更新以减少写入闪存的总数。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于相关感知页面级FTL固态硬盘性能优化方法，具体步骤包含：

步骤1、设计相关感知页面级FTL模块，其步骤如下：

S11、引入翻译块，所述翻译块包括翻译块体和翻译块首部，通过相关操作使得要处理的数据排列在连续内存上，以提高内存数据局部性，从而提高性能；