A low-cost wear-leveling algorithm for block-mappingsolid-state disks

[] Li-Pin Chang,Li-Chun Huang.A low-cost wear-leveling algorithm for block-mapping solid-state disks.ACM SIGPLAN Notices,2011,Vol.46(5):31~40

[1] LI-PIN CHANG,CHUN-DA DU. Design and implementation of an efficient wear-leveling algorithm for solid-state-disk microcontrollers. ACM Transactions on Design Automation of Electronic Systems.2010, Vol.15(1):1~36.

[2] D. Jung, Y.-H. Chae, H. Jo, J.-S. Kim, and J. Lee. A group-based wearleveling algorithm for large-capacity flash memory storage systems.In CASES ’07: Proceedings of the 2007 international conference on Compilers, architecture, and synthesis for embedded systems, pages 160–164. ACM, 2007.

 

摘要

1.介绍

　　固态硬盘是以flash为存储介质的存储设备，由于物理特性的原因，SSD与HDD进行读取的方式是不同的。SSD通过隐藏flash的特性来模拟HDD的方式以便于操作系统无需改变软件或硬件来把一个SSD设备当做HDD来识别。固态硬盘是优于传统的硬盘驱动器的，无论是耐冲击性、节能、随机访问性能、散热,这些都吸引供应商使用其作为存储设备广泛应用于笔记本电脑、智能手机和便携式媒体播放器等。

　　flash是一种必须在写之前擦除的存储介质。每个闪存单元只能承受有限次的擦写次数，大约在100k次左右，频繁地擦写操作可能导致某些闪存颗粒比其余的闪存颗粒提前退休。特别是现在，随着MLC和TLC的出现，单个闪存单元可以保存二个或更多的电位，这降低的单位容量的成本，但是相比SLC来说，他们的寿命却是大打折扣。

　　有数据访问的地方就不可避免磨损的存在，一部分闪存颗粒的提前不能使用不仅导致设备容量的降低，同时也会加剧剩余闪存颗粒的磨损程度。所以SSD需要磨损均衡的管理来保持SSD内所有闪存颗粒的整体擦除次数的平均，但是磨损管理不是没有代价的，它会做一些额外的数据移动来保证磨损均衡的实现，这些额外的数据移动有利于整体的平衡。

　　磨损均衡操作包括数据移动的时机和数据移动的位置，这些操作监视整个flash的磨损情况以及在磨损不均衡的时候进行一些操作来保持平衡。

　　在资源紧张的情况下，挑战有三个：一是监视整个flash的磨损，需要相当多的时间和空间资源；二是算法优化需要根据flash的访问模式和在线人员的访问来决定；三是高复杂阻碍使用先进的WL算法

　　一般的SSD主控没有足够的RAM空间来存放SSD盘内flash所有的磨损信息，chang等人提出只将部分信息保存在RAM中，然而周期性的RAM和flash之间磨损信息的交互会导致额外的写操作[1]；june提出了一种基于大范围的平均擦写次数的low-resolution磨损信息方法，但是这种方法在磨损差异比较大的时候无法很好地工作[2]；