基于页面替换代价的固态硬盘缓冲区管理方法

技术特征：
1.一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；若工作区域没有空闲空间，通过式(1)和式(2)分别计算位于干净页面链表lru端的干净页面的迁移代价以及位于混合页面链表lru端的脏页面的迁移代价，并将迁移代价小的页面迁移至受害者区域中的受害者页面链表的mru端，此时工作区域获得空闲空间，若目标页面是干净页面，则将目标页面插入到工作区域中干净页面链表的mru端；若目标页面是脏页面，则将目标页面插入到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；应用；式中，m
c
、m
m
分别表示干净页面和脏页面的迁移代价，c
r
、c
w
、c
e
分别表示读操作、写操作和擦除操作的代价，k表示比例系数，p表示闪存页的总数量，p
d
表示脏闪存页的数量，t
c
、t
d
分别表示干净页面链表和混合页面链表lru端的页面距离上一次被访问的时间间隔；s3、若目标页面没有位于缓冲区，判断缓冲区是否有空闲空间，若有，则将目标页面从闪存读入缓冲区中，当访问请求是写请求时，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；若缓冲区没有空闲空间，则扫描受害者页面链表，并根据式(3)和式(4)计算受害者页面链表中各个受害者候选页面的替换代价，选择替换代价最小的受害者候选页面作为受害者页面，并将受害者页面驱逐进入闪存中，此时工作区域获得空闲空间，当访问请求是写请求时，将目标页面存放在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，则将目标页面存放在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；返回上层应用；式中，rc(i)表示受害者候选页面i的替换代价，aui表示受害者候选页面的平均访问时间间隔，分别表示受害者候选页面i第j次和第j-1次被访问的时间，表示受害者候选页面i第一次被访问的时间，n表示被访问的总次数。2.根据权利要求1所述的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，该方法还包括以下内容：根据式(5)和(6)分别计算缓冲区内各个闪存页的访问频率和区分冷脏页和热脏页的阈值；阈值；式中，vf(p)表示闪存页p的访问频率，count
p
表示闪存页p的访问次数，current_time表示系统当前时间，visit_time
p
表示闪存页p进入缓冲区的时间，表示区分冷脏页和热脏页的阈值；将访问频率高于阈值的脏闪存页称为热脏闪存页，访问频率低于阈值的脏闪存页称为冷脏闪存页，热脏闪存页和冷脏闪存页以簇为单位，分别存放到对应的物理块中并写回闪存；将干净闪存页直接丢弃，不再写回闪存。

技术总结
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。提高了固态硬盘的整体性能。提高了固态硬盘的整体性能。


技术研发人员：刘靖宇 颜钰莹 曹兴旺 范小芹 李娟 武优西
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：2022.06.20
技术公布日：2022/9/13