[发明专利]基于页面替换代价的固态硬盘缓冲区管理方法

说明书

本发明为基于页面替换代价的固态硬盘缓冲区管理方法，将固态硬盘的缓冲区划分为工作区域和受害者区域，工作区域维护干净页面链表和混合页面链表，受害者区域维护受害者页面链表；干净页面链表用于存放未经修改的干净页面，混合页面链表用于存放被修改过的脏页面，受害者页面链表用于存放等待再次被访问或驱逐出缓冲区的受害者候选页面。为了提高缓冲区的命中率，分别计算页面的迁移代价和替换代价，并选择替换代价小的页面进行驱逐，避免了现有的缓冲区管理方法总是优先替换干净页面，导致干净页面刚刚进入缓冲区就被作为受害者页面驱逐出缓冲区的情况，将经常被访问的页面保留在缓冲区中，同时减少了脏闪存页的写回操作次数，提高了固态硬盘的整体性能。

技术领域

本发明属于固态硬盘性能优化设计技术领域，具体是一种基于页面替换代价的固态硬盘缓冲区管理方法。

背景技术

为了应对海量非结构化数据的快速存取，常用的存储介质已由最早期的磁带、光盘等，发展到机械磁盘(Hybrid Hard Disk，HDD)，再到现如今常用的基于闪存的固态硬盘(Solid State Disk，SSD)。闪存没有传统物理磁盘的机械特性，因此固态硬盘具有非易失、高抗震、低功耗、小体积等诸多优点，其市场份额也在不断增加。

随着固态硬盘容量和性能的不断提升，固态硬盘的优良特性逐渐弥补了CPU(Central Processing Unit，中央处理器)和I/O(Input/Output)之间的性能差距，但是固态硬盘也存在问题，严重阻碍固态硬盘的性能提升。一方面，固态硬盘无法在原有位置上进行数据更新，导致新写入的数据必须存储在未写入数据的空闲位置，当没有空闲位置的时候，就必须对无效数据所在的闪存块进行擦除操作，否则无法将新的数据写入闪存。另一方面，闪存的物理特性要求它的读、写操作以页为单位，擦除操作以块为单位进行，三种基本操作的耗时不同，而闪存本身是有擦除次数限制的，当闪存块的擦除次数超过阈值时，产生坏块的概率急剧增大，当有坏块产生时，数据无法写入坏块，或是写入的数据会产生错误。

传统的固态硬盘缓冲区管理方法主要以减少脏页面写回闪存为目标，当缓冲区没有空闲空间需要进行页面驱逐操作时，优先将干净页面驱逐出缓冲区，降低了缓冲区的命中率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种基于页面替换代价的固态硬盘缓冲区管理方法。该方法充分利用数据访问具有时间局部性的特点，将经常被访问的页面保留在缓冲区内，提高了缓冲区的命中率，同时又减少了脏闪存页的写回操作次数，提高了固态硬盘的整体性能。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案如下：

一种基于页面替换代价的固态硬盘缓冲区管理方法，其特征在于，该方法将固态硬盘的缓冲区划分为工作区域和受害者区域，工作区域维护干净页面链表和混合页面链表，受害者区域维护受害者页面链表，三个页面链表均使用最近最少原则进行管理；干净页面链表用于存放未经修改的干净页面，混合页面链表用于存放被修改过的脏页面，受害者页面链表用于存放等待再次被访问或驱逐出缓冲区的受害者候选页面；

当访问请求到来时，判断访问请求的目标页面是否位于缓冲区，若位于缓冲区，则判断目标页面是否位于工作区域，若是，则执行S1，若否，则执行S2；若目标页面没有位于缓冲区，则执行S3；

S1、若访问请求是写请求，则将目标页面迁移至混合页面链表的MRU端；若访问请求是读请求，当目标页面是干净页面时，则将目标页面存放在干净页面链表的MRU端，当目标页面是脏页面时，则将目标页面迁移至混合页面链表的MRU端；最后，将目标页面返回上层应用；

S2、判断工作区域是否有空闲空间，若有，且访问请求是写请求，则将目标页面迁移至工作区域维护的混合页面链表的MRU端；当访问请求是读请求，且目标页面是干净页面时，则将目标页面存放在工作区域中干净页面链表的MRU端，当目标页面是脏页面时，则将目标页面迁移至工作区域中混合页面链表的MRU端；最后，将目标页面返回上层应用；