提高MLC NAND Flash存儲系統可靠性的方法研究.pdf

1、NAND flash作為一種非易失性存儲器件，相對于磁盤存儲器具有功耗較低、訪問速度更快以及良好的抗震特性等優(yōu)點，因此在信息存儲領域尤其是測試信息存儲領域取得了廣泛應用。其中，MLC（Multi Level Cell）NAND flash由于存儲密度為SLC（SingleLevel Cell）NAND flash數倍，成本較低，已經成為主流的NAND flash存儲介質。但是，隨著MLC NAND flash存儲容量及存儲密度增加，基于

2、MLC NAND flash存儲系統可靠性問題也日益突出。
　　目前，MLC NAND flash存儲系統可靠性問題主要集中在以下三個方面：錯誤率升高、使用壽命降低及發(fā)生意外掉電時數據丟失問題。本論文首先從MLC NAND flash結構及工作原理角度分析了錯誤率升高、使用壽命降低及對意外掉電敏感問題的內在機理，然后針對這三個可靠性問題，提出了提高存儲系統可靠性方法，主要工作如下：
　　首先研究了MLC NAND flash

3、存儲系統錯誤率升高的問題。本文通過分析文件系統不同請求的重要程度，針對傳統冗余備份方法會給存儲系統帶來大量存儲空間開銷的缺陷，提出了元數據冗余方法，通過僅對系統元數據進行備份降低元數據錯誤率；為了降低冗余備份方法對系統I/O性能造成的開銷，利用MLC NAND flash錯誤率非對稱分布的特性，通過將系統關鍵數據合理分布于物理存儲空間，最終達到降低存儲系統錯誤率，同時不犧牲存儲系統I/O性能的目的；設計并實現了實際的硬件實驗平臺，本文所

4、有實現均基于此硬件實驗平臺。
　　其次研究了延長MLC NAND flash存儲系統使用壽命的方法。NANDflash存儲系統的使用壽命與垃圾回收次數直接相關，本文通過對MLC NAND flash存儲系統垃圾回收操作及并行訪問方法進行分析，針對基于MLC NAND flash的固態(tài)盤，將并行訪問方法與垃圾回收方法結合，提出了一種垃圾回收相關的并行訪問方法。垃圾回收相關的并行訪問方法將順序訪問請求隊列的請求順序根據存儲系統并行程度

5、重新組織，以實現與串行訪問方法相近的垃圾回收開銷同時不犧牲存儲系統I/O性能，有效地降低了存儲系統垃圾回收次數，從而延長了使用壽命。
　　最后研究了MLC NAND flash存儲系統意外掉電時數據丟失問題。本文對采用電容作為臨時電源的固態(tài)盤建立意外掉電模型，分析了固態(tài)盤各部分耗能情況，針對以電容作為臨時電源的MLC NAND flash存儲系統，提出了貪婪備份方法。貪婪備份將電容放電過程與器件特性進行結合，通過動態(tài)通道選擇策略和