固态存储阵列关键技术研究

【摘要】：近年来,闪存作为一种较为成熟的固态存储介质,具有速度高、体积小、重量轻、功耗低等优点,正逐步应用到企业级服务器和高性能计算领域,为高性能计算中存储系统性能的提高带来新的机遇和挑战。RAID(独立磁盘冗余阵列)是一种广泛应用的数据存储技术,它通过数据分割、并行访问提高性能,通过冗余纠错提高可用性和可靠性。基于闪存构建固态存储阵列是构建高性能、高可靠的大规模存储系统的有效途径之一,但将传统RAID机制直接应用于闪存存在小写问题突出、Flash芯片磨损不均衡等问题。为此,本文基于现有的闪存及闪存阵列技术,设计实现高性能、高可靠的固态存储阵列。本文主要工作包括以下几方面。(1)闪存技术与基于闪存的RAID机制研究。从闪存转换层FTL(Flash Translation Layer)和缓存管理两方面研究分析现有的闪存技术。分析总结基于闪存构建RAID的关键技术。(2)设计了一种基于PCI-E接口的嵌入式固态存储阵列卡。该阵列卡采用高速PCI-E接口与主机通信,同时设置16个通道并行管理64个闪存芯片,提供了比基于SAS或SATA接口的固态存储设备更高的性能和可靠性。采用基准测试程序对固态存储阵列卡进行了性能评测,实测最大I/O吞吐率达到524K(IOPS),最大I/O带宽达到2.83GB/s。(3)提出了一种基于缓存的可重组RAID机制。以新型非易失存储器SCM(Storage Class Mem ory)作为缓存,采用RAID重组思想,对缓存替换出的数据顺序重组RAID条带,克服了传统RAID机制的小写问题,提高了闪存阵列的性能和使用寿命,同时也解决了闪存阵列各芯片磨损不均衡的问题。模拟测试结果表明:可重组RAID机制有效减少了闪存阵列的读写响应时间、擦除操作次数,以及垃圾回收操作的频率。
【关键词】：闪存 PCI-E RAID机制 小写问题
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP333