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1、题目：固态盘中缓存管理算法,目录,背景知识,1,2,固态盘中缓存管理算法,3,总结与展望,一、背景知识,1、SSD优点,2、SSD特性,写前擦除（erase-before-wirte）、读写不对称、寿命限制,闪存（Flash）作为一种新型的存储介质，具有体积小、重量轻、非易失、高速、高抗震、低功耗等优良特性。基于闪存的固态硬盘（Solid State Disk，SSD），成为传统磁盘的替代品。,一、背景知识,3、SSD缓存,一、背景知识,4、基于Flash特性的SSD缓存,SSD的缓存管理由于SSD的缓存构成，设计的缓存管理算法主要针对映射关系区和缓存数据区。,二、固态盘中缓存管理算法,1、减
2、少缓存的写操作的算法,2、提高写效率，减少擦除操作的算法,3、综合考虑闪存读写开销的替换算法,4、自适应动态缓存管理算法,1、减少缓存的写操作的算法,CFLRU算法:利用闪存读写的不对称性，它的LRU列表分为两个部分：Working Region和Clean-First Region。,CFDC算法:CFDC是对CFLRU的Clean-First Region中的数据页进行重新组织来提升CFLRU算法的执行效率,2、提高写效率，减少擦除操作的算法,随机写有如下问题。缩短SSD的寿命。增加的擦除操作，随机写使得SSD的擦穿比顺序写要快的多。垃圾回收开销大。随机写更可能引发垃圾回收从而导致垃圾回收
3、的开销大相较于顺序写。内部碎片。如果到来的写请求是离散的分布在逻辑块地址空间，所有的物理闪存将成碎片的。减少并行性。对顺序写来说，分段和交叉能够提高其性能，但是随机写很难利用这点。,随机写极大的限制了SSD在I/O密集程序当中的应用,2、提高写效率，减少擦除操作的算法,CBM算法: SSD的合作缓存管理,CBM应用在SSD中,2、提高写效率，减少擦除操作的算法,CBM概述,2、提高写效率，减少擦除操作的算法,块受欢迎表（BPL）,2、提高写效率，减少擦除操作的算法,合并刷新增加顺序写并且减少垃圾回收开销,2、提高写效率，减少擦除操作的算法,基于阈值迁移。灰色部分表示一个块被找到并迁移到块区,2
4、、提高写效率，减少擦除操作的算法,BPLRU算法。BPLRU算法维持了一个块级的LRU列表。它使用SSD的内部RAM作为缓存，把随机写变为顺序写以提高写效率，减少擦除操作。,3、综合考虑闪存读写开销的替换算法,ACR:一种闪存存储设备的自适应开销小的缓存管理算法,保守方案,积极方案,混合方案,4、自适应动态缓存管理算法,1、动态内存分区调整算法2、动态阈值调整算法 在服务不同负载的读写请求过程中，通过调用这两个模块，自适应地调整提前写回闪存阵列的数据量以及内存中数据缓存区域和映射关系区域的大小比例。,动态内存分区调整模块,PM 映射表区不命中导致的额外开销PB 数据缓冲区不命中导致的额外开销,
5、DynamicH方案：,DynamicG方案：,动态阈值调整模块,提前写回操作中数据缓冲区组成结构,所有结点均以LRU双向队列排序；数据被写回的结点保留在LRU队列中，同时标记为写回；写回的LRU头结点是最先被提前写回的结点，尾结点通常是刚刚被提前写回的结点。,命中正常区域,写8，命中正常区域,调整LRU队列，将8插入正常结点头部,动态阈值调整模块,命中写回区域,写13，命中写回区,调整LRU队列，将13插入正常结点头,写回结点过多，DAT=DAT-1,动态阈值调整模块,未命中数据缓冲区且已写回区域0,写7，未命中数据缓冲区,调整LRU队列，将7插入正常结点头部,动态阈值调整模块,未命中数据缓冲区且已写回区域=0,写5，没有命中数据缓冲区,调整LRU队列，将5插入正常结点头部,写回结点过少，DAT=DAT+1,动态阈值调整模块,三、总结与展望,总结：SSD的缓存研究都是根据其Flash特性来设计。SSD的缓存研究对提高SSD的寿命和性能有着决定性的作用，自适应的buffer management适用于通用设备；软件定义的buffer management则对今后的研究和使用有很大的用途。,谢谢大家！,
