Fraggle：降低无DRAM SSD的文件碎片化问题

《IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems》：Fraggle: Reducing File Fragmentation on DRAM-Less SSD

DRAM-less SSD通过预分配和碎片整理优化文件布局，但现有方法存在空间碎片加剧和缓存频繁刷新的问题。Fraggle创新性地采用扩展LBA空间机制，结合HashFTL高效映射算法和设备端空间分配器，有效平衡空间利用率与碎片控制，在真实应用场景下性能提升达9.26倍。

　　

摘要：

移动设备采用无DRAM的固态存储驱动器（SSD）作为闪存，以降低功耗和制造成本。然而，无DRAM的SSD受到文件碎片化的严重影响，从而导致移动设备的响应性能下降。现有的缓解文件碎片化的方法（包括预分配和磁盘碎片整理）存在关键局限性。预分配通过为每个文件预留连续的空闲逻辑块地址（LBA）空间来防止文件碎片化。但是，在SSD提供的有限LBA空间内，连续的空闲空间会逐渐被分散的数据块占用并导致碎片化，从而降低预分配的效果。磁盘碎片整理通过重新组织碎片化的文件布局来恢复文件访问性能。然而，当应用于无DRAM的SSD时，磁盘碎片整理会过度地将脏映射条目驱逐到速度较慢的NAND闪存中，造成显著的性能中断。本文介绍了一种名为Fraggle的主机-设备协同设计方法，该方法通过在一个扩展的LBA空间内保持预分配的有效性来减轻无DRAM SSD上的文件碎片化问题。为了有效管理扩展的LBA空间，Fraggle引入了两个关键组件：1）HashFTL，这是一种专为无DRAM SSD优化的紧凑型、缓存效率高的闪存转换层（FTL）映射机制；2）一种设备辅助的空间分配器，该分配器可以同时减少空间分配开销，并解决由于LBA分布不均导致的HashFTL中的布局不平衡问题。评估结果表明，与F2FS和现有的预分配方法相比，在SQLite和实际移动应用工作负载下，Fraggle的执行时间分别提高了9.26倍和8.07倍。