NOR Flash是一种低成本、低功耗、高可靠的存储介质，广泛应用于物联网场景以及嵌入式设备中，以存储二进制程序并记录数据日志。然而，用文件系统管理NOR Flash存储介质存在资源受限的挑战，这要求文件系统在仅占有少量常数级内存的前提下支持高效数据访问。这一需求催生设备内文件系统的新架构。设备内文件系统将文件系统的数据结构，如索引、指针、位图，从内存迁移到NOR Flash上，内存仅作为读写缓存。然而，NOR Flash由于存在写前擦除的特性，即每一次修改数据都需要先擦除其所在的数据块，与传统文件系统数据结构不必配，造成严重的读写放大问题，降低访问性能与设备寿命。
在国家自然科学基金（项目号：62472127）等项目的支持下，哈尔滨工业大学（深圳）夏文教授团队提出了一种名为NF2FS的新型NOR Flash文件系统，旨在解决受限内存场景下NOR Flash的高效管理问题，以及写放大和写不均衡造成的NOR Flash寿命低的挑战。NF2FS通过全日志的存储布局将文件系统中的数据转换成字节级细粒度日志，从而避免了索引、指针的就地写问题并缓解了读写放大。NF2FS通过双位图结构克服了传统位图就地写与NOR Flash写前擦除特性不匹配的问题，通过分别记录空间的分配与释放实现高效的空间管理。NF2FS通过保证写操作的顺序性与原子性实现轻量级崩溃一致性保证，保证数据的安全可靠而不引入额外的性能、寿命开销。
如下图所示的实验结果表明，NF2FS在数据采集以及OTA更新的负载中能够降低74.06% 和 99.49% 的运行时间，展现其高访问性能。NF2FS在写密集负载下能减少75.96%-98.70% 擦除次数，能够大幅延长NOR Flash寿命。成果发表于领域顶级会议In Proceedings of the 30th ACMInternational Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems (ASPLOS’25, CCF-A)
图 1 NF2FS性能测试
图 2 NF2FS寿命测试
哈尔滨工业大学（深圳）夏文教授团队立足国家战略需求和学术前沿，长期从事存储系统、操作系统、云存储、去重压缩等领域研究，在FAST, OSDI, USENIX ATC, ASPLOS, EuroSys, TOS等国际顶级会议与期刊发表论文80余篇。（审核 夏文）
