提升SSD性能：Diel-DFTL的并行地址转换与数据访问设计

本文主要探讨了固态硬盘（SSD）中的地址转换与数据访问的并行化设计，以及其对性能的影响。固态硬盘相较于传统硬盘，以其低延迟、高带宽和低功耗的优势正在重塑存储系统结构。其中的关键技术之一是闪存转换层（FTL），它负责管理和优化存储空间，确保数据在闪存芯片上的分布均匀，防止过早磨损。 文章焦点在于现有的基于缓存的FTL，特别是需求触发的闪存转换层（DFTL）。DFTL在地址转换逻辑到物理过程和数据访问之间存在紧密耦合，限制了并行性能的发挥。为解决这一问题，作者提出了Diel-DFTL（分布式DFTL）设计，它通过分离地址转换和数据访问操作到独立的队列，允许SSD同时处理这两种操作，从而实现更高的并发闪存访问。 此外，文中介绍了一种改进的并行LRU缓存替换算法，旨在优化地址转换任务的并发性能。性能模型被构建，用于比较DFTL、理想的页面映射方法以及新提出的Diel-DFTL。实验证明，对于真实的IO工作负载，Diel-DFTL能带来32%的整体性能提升；而对于合成测试工作负载，性能提升幅度更大，达到两个数量级。 研究还强调了Diel-DFTL的灵活性，即使在较小的缓存容量下也能实现合理性能，并特别适合大请求大小或高写入率的工作负载。这项研究得到了美国能源部、科学办公室、高级科学计算研究办公室等多方面的支持，包括美国国家科学基金会的多个项目资助。 本文深入研究了固态硬盘内部架构的优化策略，特别是在地址转换和数据访问并行化方面的创新，这对于提升SSD的性能和适应不同工作负载具有重要意义。