软件学报:jos:7679 · 记录 #1

写入模式感知与热度分级的固态硬盘垃圾回收方法

来源日期 2026-07-15

来源记录日期 2026-07-15

雷达观测 2026-11-05 00:19

摘要

固态硬盘(solid-state drive, SSD)凭借其高速读写性能与低功耗等特点, 已广泛应用于嵌入式设备和数据中心等多种场景. 其中, 垃圾回收(garbage collection, GC)机制对空间回收效率与设备寿命具有重要影响. 然而, 现有GC方法在触发灵活性、数据迁移效率及磨损均衡性方面仍存在不足. 为提升GC机制在不同负载下的适应性与可靠性, 提出一种写入模式感知与热度分级的垃圾回收(write pattern-aware and heat-tiered garbage collection, WHGC)方法. 该方法首先构建写入模式感知指标, 设计多阈值触发机制, 实现GC在系统空闲与忙碌状态下的动态调度; 然后, 提出一种融合空间使用状态与磨损程度的块评分策略, 用于指导回收块选择; 最后, 在有效页迁移阶段, 采用指数衰减模型识别逻辑页热度, 并结合块擦除次数的等级划分, 构建热度与磨损的映射关系, 引导有效页迁移至对应等级的目标块, 从而实现数据分布优化与块间磨损均衡. 基于SSDsim平台的实验结果表明, WHGC在所有数据集下均实现了相较其他典型GC方法更长的设备寿命, 并在写放大系数、有效页迁移量与擦除次数标准差等指标上保持了较优的综合性能.