一种支持FAT文件系统的Flash转换层设计

针对Nand Flash先擦除后写入,block为最小擦除单位,page为最小读写单位,文档分配表文件（file allocation table,FAT）系统不能直接应用于Nand Flash的特点,提出一种基于缓存机制的应用于FAT文件系统的Flash转换层,设计一种逻辑块和物理块的映射机制处理Nand Flash的坏块;应用一种缓冲机制来提高系统读写速度,减少Flash存储块的擦除次数;应用循环冗余码校验算法(cyclical redundancy check,CRC)来改善Flash的负载平衡。本系统的闪存转换层（flash translation layer,FTL）有效地处理了Nand Flash的硬件限制,延长Flash的寿命。     

基于块更新序号的NAND闪存垃圾回收算法

传统NAND闪存垃圾回收算法的管理粒度为块,后续逐渐发展为基于页管理,以更大的内存消耗为代价来提高对数据热度判断的准确度。针对现有算法中存在的不足,提出了一种基于块更新序号的NAND闪存垃圾回收算法。该算法将管理粒度重新定位到块上,定义块的更新序号,提出新的基于动态阈值分段处理的数据热度计算方法以进行更有效的冷热分离,同时回收块选择策略采用新的代价函数以兼顾回收效率与磨损均衡。实验结果表明,提出算法在减少系统内存消耗的同时,获得了比GR、CB、CAT、FaGC、LRGC和LRGC+算法更好的垃圾回收效率和磨损均衡效果。     

多通道并行访问模式下的闪存静态损耗均衡设计

静态损耗均衡算法决定了固态闪存存储系统的使用寿命。为了提高多通道并行访问模式下的闪存系统寿命,提出了一种主动搬移静态数据的静态损耗均衡设计。该设计在多通道并行访问模式下,根据擦除标志位,采用轮询法主动挑选静态数据块并加入待擦除块队列,从而减小各物理块之间的损耗不均衡程度。实验结果表明:该设计能提高平均擦除次数至少8.33%,有效降低并行访问模式下的损耗不均衡程度至少5.39%。该文还对影响损耗均衡程度的触发阈值进行了分析,提出了在选择触发阈值时,需要综合考虑损耗均衡情况和系统速度。     

基于WinCE的Nand Flash硬件及驱动程序设计

基于XScale内核的PXA255处理器及Windows CE操作系统平台上,分析了Nand Flash的存储结构原理以及Windows CE系统下块设备驱动的构架,探讨了Nand Flash在硬件平台上的电路设计原理.结合Nand Flash的读写时序及PXA255的外部接口特性,采用Windows CE流接口驱动模型,给出了驱动程序操作Nand Flash的底层实现,介绍了几个重要流接口函数的代码实现.试验结果表明:Nand Flash可以正常完成数据的复制、粘贴、格式化等操作,达到了大容量数据存储的目标.     

基于RS纠删码的HDFS云存储动态副本策略研究

目前多数云存储文件系统为保证其系统可靠性和性能所采用的静态完全副本冗余机制存在存储效率低、负载均衡能力差等缺点,为了提高云存储效率以及优化云存储的负载均衡能力,该文根据应用HDFS的经验,提出一种基于RS纠删码的云存储动态副本的冗余策略-SeaMaiden. SeaMaiden引入了副本调整模块和纠删码编解码模块,通过周期性的计算文件的热度,进而动态调整文件的副本数.当文件的副本数低于3时,则调用纠删码编解码模块对文件进行编码,提升文件的可靠性.当文件的热度级别上升时,则动态增加文件副本数,提升HDFS的负载均衡能力.通过实验证明SeaMaiden 能有效提高HDFS的存储效率、可靠性及响应速度.     

基于节点热度的改进Gnutella2搜索算法

Gnutella2的搜索算法在超级节点间转发消息采用泛洪机制,在大规模文件共享中产生较多冗余消息,降低了搜索效率.为提高搜索效率,提出一种基于节点热度的改进搜索算法.该算法根据P2P网络中的幂律特性,提出节点热度概念,根据节点热度选择转发超级节点,设计了基于节点热度的搜索算法;在节点热度的计算中,引入惩罚因子减少无效搜索;在搜索消息转发时,通过最热轮空策略来均衡高热度节点的负载.对实验结果的分析表明,该算法在保证搜索命中率的前提下,能有效减少平均搜索时间和平均跳数,提高了搜索性能.     

基于数据相关性的多片闪存系统垃圾回收器

研制了一种基于数据相关性的垃圾回收器.通过更新频率计数器链表机制,检测出具有相关性的数据.垃圾回收器对相关性数据进行迁移,集中到同一个片内,有效地延长了片处于关闭状态的时间,有利于抵消同步损失,达到节能的目的.使用能量权函数来衡量处于不同能量状态的片的回收代价,最小化对处于休眠态的片进行回收的次数.回收块选择算法采用加权代价函数的方法,考虑了能量权和迁移权,使得回收耗能最小.实验结果显示:规格化能量减少了大约15%,规格化延时增加了6.3%;其乘积比代价-收益策略减少了9.6%.该垃圾回收器能够用较小的性能损失获得较大的节能比例.     

JFFS3文件系统分析与改进

通过分析闪存日志文件系统JFFS3的基本设计文档, 提出了改进JFFS3设计的方案,包括对索引节点进行压缩存储,引入数据冷热性的概念,有效提高了JFFS3磨损平衡机制的效率,同时对正处于设计阶段的垃圾回收机制提出了适用的方案和算法.     

可区分服务的反馈式Web应用负载均衡策略

为研究Internet环境下Web应用面向区分服务的性能优化策略,从多个方面提出了动态反馈式负载均衡的改进方案,包括基于K-means算法的预处理、双周期式负载反馈、基于反馈的负载距离计算和引入随机概率的节点选择等,在资源层面上对用户请求和服务节点进行区分并把握它们之间的关联,实现更有针对性的调度.实验分析结果表明,与传统的策略进行对比,改进策略能够降低请求的平均响应时间和请求失效数,在保障负载均衡的服务质量上取得效果.     

一种改进型的SSD FTL算法

SSD的FTL层是SSD的设计核心,其主要功能是负责将Flash映射为块设备,同时完成地址转换、垃圾回收,数据读写等操作.由于FTL算法性能的优劣直接决定了SSD的使用寿命,本文从该处着手,在深入分析了SSD写入机制的基础上,提出了改进型FTL算法.该算法通过内容感知技术,能够有效的减少重复写操作,延长SSD的使用寿命.     

基于日志的闪存文件系统设计与实现

分析了嵌入式存储设备和文件系统的研究现状与存在问题,阐述了日志文件系统的基本原理,在此基础上设计了一个嵌入式Linux平台下适用于NAND芯片的日志文件系统,并对其主要数据结构和算法进行实现.通过描述该文件系统各模块接口、节点结构以及负载平衡和垃圾收集算法,显示出该系统相比其他同类产品具有存取速度快、芯片使用寿命长和稳定性高等优点.     

一种基于NAND FLASH的FAT文件系统的研究与实现

在研究NAND FLASH结构及特性的基础上,对NAND FLASH之上的FAT文件系统的实现进行了探讨,并运用了磨损均衡算法及坏块管理机制以延长FLASH的稳定性和使用寿命．实验结果表明,该系统具有较强的可靠性,所采用的磨损均衡算法及坏块管理机制简便有效．     

YAFFS文件系统在嵌入式LINUX系统中的移植

YAFFS（yet another flash file system）是至今惟一专门为NAND Flash设计的文件系统．在适应NAND Flash特点的同时，能更好地发挥NAND Flash的优点，使之达到最优的性能．YAFFS文件系统使用日志结构、错误检测和纠正提高了NAND Flash的健壮性．因此，它的出现使得价格低廉的NAND闪存芯片具有了高效性和健壮性．YAFFS文件系统性能优越且易于移植，已经成功应用于Linux、uClinux和Windows CE等嵌入式操作系统．介绍了YAFFS文件系统向嵌入式Linux内核中的移植过程，并对移植的结果进行了测试．     

武器系统中的嵌入式文件系统设计

本文首先从武器系统数据管理的需求出发,分析了嵌入式文件系统在武器系统中的优势。然后,针对Flash存储器在武器系统中的广泛使用,分析了NAND Flash存储器的特征。最后,对NAND Flash存储器在无OS环境下的应用,提出了一种文件系统设计方案。     

关于NAND闪存损耗均衡算法的优化

为了改善NAND闪存不耐擦写的特性,本文对传统的损耗均衡算法(HWL算法)进行优化,主要包括触发机制的优化和将现有的静态损耗均衡与动态损耗均衡策略相结合的优化策略.最后根据需求设计了评估损耗均衡算法效果的测试实验.结果表明:与当前算法相比,本优化算法展现了良好的磨损均衡效果,解决了NAND闪存不耐擦写的缺陷.     

HFB:一种闪存上的块页混合缓存管理方法

闪存有多种优良特性,但是它却还具有较严重的缺点,这使得闪存的性能不高,成为了系统的性能瓶颈。该文提出了一种名为HFB(hybrid flash buffer)的高效闪存缓存管理方法。HFB方法提供页和块两种粒度的缓存管理策略,发挥两种不同粒度替换策略的优势,可以适应随机和顺序性的工作负载。HFB优先减少在闪存上较耗时的写操作,也减少了读和擦除操作。HFB采用八叉树组织缓存数据,实现了对数据的高效管理。该文对HFB进行了理论分析,并采用DiskSim模拟器和实际工作负载对其进行评测。理论分析和实验结果表明:HFB的加权缓存命中率高于其他典型的闪存缓存管理方法。     

基于嵌入式的文件系统研究

为解决传统FAT格式文件数据按顺序存取方式无法适应在大容量存储设备中大规模目录文件的读取查询操作等问题, 在嵌入式文件系统中采用磨损平衡算法及位图存储技术对NandFlash存储介质实现Flash域磨损优化, 并对嵌入式文件系统的索引存储和空闲目录进行优化管理。系统使用仿真器进行仿真程序开发, 并在基于ARM9 MagicARM2410开发板进行仿真实验。实验结果表明, 该文件系统能实现其基本功能, 其可行性得到验证。     

一种基于双窗口的NAND闪存缓冲区管理算法

为提升NAND闪存使用寿命和存储性能,提出了一种基于双窗口的NAND闪存区管理算法DW-LRU。DW-LRU算法利用4个LRU链表来捕获访问次数和冷热特征,且根据访问新近度将页面分为了6类:冷干净页面、冷脏页面、旧热干净页面、非旧热干净页面、旧热脏页面、非旧热脏页面。算法在冷干净LRU链表上设置了一个静态窗口,避免最近写入缓存区中的冷干净页面被频繁置换出;在热脏LRU链表上设置了一个动态窗口,用来处理长时间没被访问的热脏页面。实验结果表明:与LRU、LRU-WSR、PR-LRU算法相比,DW-LRU算法缓冲区命中率平均提升了16.8%、12.3%、2.8%。DW-LRU算法可以提高缓冲区命中率,减少闪存写操作次数和算法运行时间。