基于闪存的多介质和多级缓存技术研究

闪存以及固态硬盘技术近年来受到了学术界和工业界的高度关注。以往的闪存技术研究通常基于"闪存完全替代磁盘"的前提。然而，最近的对比数据和研究结果表明，闪存与磁盘相比整体优势并不明显，闪存和磁盘共存才是未来存储系统发展的趋势。而已有的研究尚未系统阐明闪存和磁盘之间的混合存储策略，还没有提出有效的数据划分机制，也缺乏对多介质和多级缓存策略的研究，从而阻碍了闪存技术的进一步发展和实际应用。本课题针对这一背景，重点研究闪存和磁盘混合存储系统中的多介质和多级缓存技术，包括不同访问模式下闪存和磁盘的最优混合策略、位置敏感的多介质缓冲区管理技术、多级缓冲区管理技术、数据划分方法等问题。课题将系统阐明闪存和磁盘混合存储时的存储策略、缓冲区模型以及相关的算法，并建立多介质虚拟存储原型系统进行性能验证，从而为未来构建基于闪存和磁盘的混合式存储系统奠定基础，为闪存数据管理技术的进一步发展和实用化提供有力的支持。

近年来，闪存和磁盘共存已经成为存储系统的发展趋势。闪存和磁盘的混合存储策略、多级缓存技术、数据划分机制、闪存设计技术等问题成为混合存储系统的热点。本课题组重点研究闪存和磁盘混合存储模型，分别针对读写倾向性的访问模式提出了不同的混合策略，并且在混合存储模型的基础上，提出了基于访问热度的数据划分机制。针对不同类型的闪存设备的性能差异，本课题提出了2种多级缓存技术，包括磁盘作为低端闪存设备的写缓存和高端闪存设备作为磁盘的读缓存的技术，提出了基于访问热度的时间敏感的缓存技术，并且针对闪存设备上的数据管理提出了块级LRU的思想，在不同的缓存策略上本课题对存储系统的性能价格比展开了分析，指出在缓存系统中的性价比变化趋势。另外，本课题对闪存设计技术、磁盘和闪存的能耗有效性也展开了研究，提出了性能更优的缓存算法和FTL技术。研发了支持测试各个部件能耗的软硬件一体的测试系统，为混合存储的能耗有效性研究奠定了基础。此外本课题还建立了一个混合存储仿真系统支持性能验证，该系统的仿真结果和真实的磁盘、闪存设备误差在10%左右，为混合式存储系统的算法验证提供了一个灵活、客观的工具，为闪存数据管理技术的进一步发展和实用化提供有力的支持。