基于大容量通用闪存存储的垃圾回收算法研究

作     者：李平 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐明生;谈征华

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：闪存 通用闪存存储 垃圾回收 磨损均衡 读干扰 

摘      要：基于NAND闪存的通用闪存存储（UFS）凭借其高带宽、高可靠性以及低功耗等特点,目前被广泛应用于智能移动终端、嵌入式系统等电子产品。然而通用闪存存储由于NAND闪存的物理特性,需要引入专门的闪存转换层算法,以实现通用闪存存储的正常工作。例如,针对异地更新机制而产生的碎片化问题,需要引入垃圾回收算法,以实现空间重利用;针对闪存物理块存在擦除次数限制,需要引入磨损均衡算法,以提高闪存寿命;针对闪存读干扰现象,需要引入减轻读干扰算法,以提高数据可靠性。传统的垃圾回收算法在改善读写性能、兼顾磨损均衡效果以及减轻读干扰方面仍有提升空间,需要进一步优化。同时随着闪存工艺技术的进步,大容量通用闪存存储逐渐占据市场,传统的闪存转换层算法资源消耗大,也需要进一步优化。本文在现有垃圾回收算法的基础上,做出以下创新与改良工作:（1）从块管理、地址映射以及冷热数据分离角度改良闪存转换层算法,以优化垃圾回收算法。（2）提出一种实现磨损均衡的垃圾回收算法。通过优化启动策略,提高读写性能;通过优化选回收块策略,提高垃圾回收算法效率,减小写放大;通过优化冷热数据分离策略,实现磨损均衡。（3）提出一种减轻读干扰的垃圾回收算法。通过优化启动策略,提高读性能;通过优化选回收块策略,识别并搬迁频繁被读数据,减轻读干扰影响,提高数据可靠性。