面向閃存存儲(chǔ)系統(tǒng)的緩沖區(qū)管理與存儲(chǔ)管理研究.pdf

1、閃存首先由東芝公司于1984年提出，此后因特爾公司和日立公司相繼推出其產(chǎn)品。閃存由于性能更好、體積小、抗震以及低功耗等優(yōu)良特點(diǎn)已廣泛應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備和嵌入式設(shè)備，隨著其容量的不斷增大和云計(jì)算的要求，閃存將在海量數(shù)據(jù)處理中發(fā)揮重要作用，如近幾年來推出的服務(wù)器閃存、全閃存陣列等產(chǎn)品將廣泛應(yīng)用于企業(yè)級(jí)服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心。然而由于閃存的介質(zhì)特性和I/O特點(diǎn)與磁盤迥異，因此針對(duì)復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境下大容量閃存的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理、緩沖區(qū)管理、數(shù)據(jù)索引將成為新的研究

2、熱點(diǎn)。其中閃存存儲(chǔ)管理是研究根基，不同的存儲(chǔ)管理對(duì)閃存的性能、空間利用率及壽命有重要的影響。緩沖區(qū)管理作為又一個(gè)提高閃存性能和壽命的有效而重要的手段也在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界受到了較多關(guān)注。
　　 雖然目前的閃存存儲(chǔ)管理都在各自的領(lǐng)域解決了一定的問題，如或優(yōu)化I/O性能、或優(yōu)化閃存壽命、或者解決磨損平衡問題，但是大部分并沒有充分的利用閃存，尤其在針對(duì)塊內(nèi)頁(yè)數(shù)較多的大容量閃存時(shí)，閃存的空間利用率會(huì)進(jìn)一步降低，從而會(huì)進(jìn)一步加重使用閃存，對(duì)其

3、壽命和性能帶來影響。針對(duì)閃存的緩沖區(qū)管理，目前的研究中緩沖區(qū)的置換策略和寫回策略大都是固定的，而在復(fù)雜的企業(yè)級(jí)環(huán)境中由于數(shù)據(jù)訪問一致性較差，容易造成緩沖區(qū)不能及時(shí)反應(yīng)I/O訪問模式的變化;而且算法設(shè)計(jì)僅停留在緩沖區(qū)的層次，由于閃存的存儲(chǔ)狀況往往會(huì)影響I/O響應(yīng)速度，進(jìn)而對(duì)緩沖區(qū)的性能和閃存的壽命帶來影響，因此應(yīng)對(duì)復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境的緩沖區(qū)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮更多因素。
　　 本文對(duì)目前閃存存儲(chǔ)系統(tǒng)的研究成果進(jìn)行了總結(jié)，分析了其中關(guān)鍵設(shè)計(jì)問題，針

4、對(duì)復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境下的大容量閃存設(shè)備，在緩沖區(qū)管理、閃存空間利用率優(yōu)化兩方面進(jìn)行了研究，并提出相應(yīng)的解決方案。具體而言，本文的主要工作如下:
　　 (1)本文提出一種基于閃存的自適應(yīng)的混合粒度聚簇的緩沖區(qū)算法h-Buffer。算法在設(shè)計(jì)過程中從整個(gè)閃存存儲(chǔ)系統(tǒng)的高度充分與應(yīng)用環(huán)境和閃存存儲(chǔ)管理結(jié)合起來，同時(shí)考慮緩沖區(qū)命中率、I/O負(fù)載狀況，及即時(shí)的閃存存儲(chǔ)狀況;并將置換策略和寫回策略動(dòng)態(tài)化。實(shí)驗(yàn)表明h-Buffer在性能和閃存壽命方