提升SSD性能：Diel-DFTL的新设计与并行LRU算法

本文主要探讨了固态硬盘（SSD）中的并行性和缓存设计，特别是针对闪存转换层（FTL）的改进策略。在传统的存储系统中，SSD凭借其低延迟、高带宽和低功耗特性，已经显著地改变了数据密集型应用的存储解决方案。然而，现有的基于缓存的FTL，如DFTL（需求感知FTL），在利用内部并行性方面存在局限，因为它在逻辑地址到物理地址的转换和数据访问过程中实施了紧密耦合。 为了解决这个问题，研究人员Wei Xie和Yong Chen，以及来自德克萨斯理工大学和橡树岭国家实验室的专家，提出了一个创新的FTL设计——Diel-DFTL。Diel-DFTL的核心在于将地址转换和数据访问操作分离到独立的队列中，这样可以实现对两种操作的并发闪存访问。这有助于提高系统的吞吐量和效率，尤其是在处理大请求大小或高写入率的工作负载时。 同时，他们还设计了一种并行LRU缓存替换算法，以优化地址转换任务的并发执行，进一步提升了系统性能。研究者们通过构建SSD模拟器，结合真实的器件参数，对Diel-DFTL进行了评估。实验结果显示，在实际工作负载下，Diel-DFTL相较于DFTL有32%的整体性能提升；而在合成测试中，性能提升甚至达到了两个数量级。 此外，研究强调了Diel-DFTL在较小的缓存容量下也能达到良好的性能表现，显示出了在资源利用率方面的优势。最后，这项研究得到了美国能源部、科学办公室和高级科学计算研究办公室等机构的资金支持，包括美国国家科学基金会的多个项目资助，同时也受美国政府版权保护。 本文对固态硬盘内部并行性和缓存设计的深入研究，不仅展示了如何通过优化FTL来提高SSD的性能，也为未来的存储系统设计提供了有价值的技术参考。