谢徐超，宋振龙，李 琼，魏登萍，方 健，肖立权

(国防科学技术大学计算机学院，湖南 长沙 410073)

1 引言

基于NAND Flash的固态盘SSD(Solid State Drive)具有低延迟、低功耗、高可靠性等优点，可以有效地提升存储系统的性能，在企业级和消费级存储领域得到广泛应用。在高性能计算领域，固态盘已成为用来提高系统IO性能的主要手段之一，例如位居2013年6月TOP 500榜首的“天河二号”计算机系统就采用了PCIe接口的SSD作为数据加速层，大幅提高了全系统的IO性能。而NAND Flash的写前擦除、擦除次数有限等固有特性使得基于NAND Flash的写性能相对其读性能要差，整体性能还有待提高。

作为固态盘控制器的核心，闪存转换层FTL(Flash Translation Layer)可以将底层NAND Flash阵列封装成一个和硬盘一样的块设备，隐藏擦除操作，保证现有文件系统对SSD的兼容性。FTL的主要功能包括地址映射、垃圾回收、磨损均衡等。地址映射将来自文件系统的读写请求的逻辑地址转换成固态盘内的物理地址，保证了异地更新策略的实现，是FTL中最重要的一项功能。当垃圾回收被触发时，对被擦除的数据块中有效页回收，然后将该数据块进行擦除。由于需要涉及对其中有效页的迁移和对块的擦除操作，对数据块进行垃圾回收是一个非常耗时的操作。

FTL中地址映射方式主要有页映射、块映射和混合映射等[1～4]。其中页映射机制以页为基本映射粒度，是最灵活、性能最优的地址映射方式。但是，随着固态盘容量的增加，地址映射过程中对页映射表的缓存需要更大的SRAM存储空间，造成成本增加。……