基于固态盘特征的存储优化研究
[Abstract]:The I/O efficiency of a storage system consisting of a traditional mechanical disk (Hard Disk Drive) has long been a performance bottleneck for the entire computer system. Especially in the context of the current increasing computing power and demand, such as the widespread popularity of multi-core processors and the emergence of large data applications, the performance gap between computing and storage systems has become increasingly widespread. In recent years, Flash Memory-based Solid State Drive technology has been greatly developed, its production cost has been greatly reduced, cost performance ratio has been greatly reduced. Unlike traditional mechanical disk HDDs, SSDs are composed entirely of semiconductor chips and have no mechanical components, so they have the characteristics of high performance, high reliability, random access and low power consumption. For fundamental change.
However, although SSD has obvious performance advantages, it has different characteristics and disadvantages because of its different internal structure. The most obvious and important feature is that the basic component of SSD is an erasable programmable read-only memory (EEPROM) chip, which makes the in-place update of SSD memory chip too expensive. Therefore, in order to maximize the use of all the components of the chip, SSD introduces a Flash Translation Layer (FTL) to complete the logical address to the physical address conversion, erasure loss balance and garbage collection functions. The application of SSD in storage system is more and more extensive and important. It is of great significance to study how to maximize the use of SSD in modern storage system and avoid its inherent defects at the same time.
(1) BVSSD, a prototype system for block-level continuous data protection, is proposed based on the feature that SSD can't update out-of-place. Erases are three operations. Memory chips are made up of multi-layered structures, including pages, blocks, groups, wafers, and chips. Read and write operations are in pages, and erase must be in blocks. Pages must be erased before new content is written. SSDs must be erased before each write operation. Write the data to an idle and erased page, then update the FTL mapping table. BVSSD tracks and saves the history of the FTL. When restored, the storage state of the SSD can be restored to the previous state by restoring the corresponding FTL mapping table state to a certain historical state. It is a very lightweight block-level continuous data. Protection implementation.
(2) A new kernel-level I/O scheduler PASS.SSD for solid-state disks is implemented by utilizing the abundant parallelism in the SSD. It is composed of multiple chips, and each chip is a multi-level structure, so it has abundant potential parallelism which can be exploited to obtain higher performance.Parallelism mainly includes channel-level parallelism and inter-chip parallelism. Parallelism, parallelism between wafers, and parallelism between block groups. PASS divides the logical address access space of the entire SSD into several consecutive regions, and uses such regions as scheduling units, each scheduling unit is associated with a scheduling queue. PASS places block requests in the corresponding queue according to their access addresses at the kernel block layer, and Experiments show that the I/O scheduler scheduled by access address does exploit solid-state internal parallelism and achieve better system performance.
(3) Using the complementary advantages and disadvantages of SSD and mechanical disk] HDD in performance, capacity, cost and life, a hybrid storage system, HSStore, is constructed. In HSStore system, the SSD exists as the buffer space of the upper layer of the disk. The request dispatcher performs the incoming I/O request. Monitors and filters large sequential write requests and small random write requests from the cache layer and sends them directly to the disk. Also tracks the missed read requests in the cache. If the number of misses exceeds a certain threshold, the data migration module migrates the blocks from the mechanical disk to the solid-state disk cache. Using these methods not only increases the effective buffer space of the solid-state disk, but also prolongs its service life.
The application of solid state disk (SSD) in storage system is discussed from different aspects. The results show that SSD has great potential advantages. If SSD can be used with advantages and disadvantages, the advantages and disadvantages of SSD can be fully considered in the system design, which will help to further improve the storage system. Performance.
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TP333
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本文编号:2233047
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