基于固态盘控制器的选择性缓存

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基于NAND Flash芯片的固态盘具有非易失、随机读性能好、抗抖动且能耗低的优点。但是NAND Flash需要擦后写,并导致高延迟的垃圾回收过程,这一过程中芯片不能响应读写请求,导致固态盘整体性能下降。针对上述问题,首先通过实验分析,发现同一时刻垃圾回收过程仅涉及少量芯片,但它们的阻塞却会导致全局控制器不再响应用户请求,即使其他芯片处于空闲状态。基于此分析,提出一种选择性缓存Selective Cache(简称S_Cache)机制,以写回方式缓存正在进行垃圾回收芯片上的写请求,分离垃圾回收和写操作,从而有效避免其他芯片空闲等待;S_Cache在芯片垃圾回收完成后立刻将该芯片被缓存数据写入,从而减少缓存空间占用。基于Micro-Add仿真器实现了S_Cache的原型,并在RAID0和RAID5两种存储布局实现了S_Cache。通过FIN1、DTRS和LVMP三种典型负载的实验证明,S_Cache在RAID0,RAID5两种布局上都能取得较好的效果。不考虑缓存容量的限制,芯片平均使用率能分别提高7.72%和5.18%,固态盘吞吐率能分别提高29.97%和14.45%;进一步针对RAID0布局进行实验,在缓存容量仅512KB时,就使得芯片使用率提高4.55%,固态盘吞吐率提高13.38%。
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