多应用环境下自适应预取策略研究

发布时间：2020-07-29 19:52

【摘要】：存储系统性能增长速度远远低于处理器性能增长速度,CPU(Central Processing Unit)和存储系统之间的性能差距严重影响了系统的整体性能。Cache技术和预取技术可以有效提升存储系统的性能。预取技术是国际上较为热门的研究方向,国内外科研机构提出的预取策略大致分为三类:基于信息提示的预取、顺序预取、基于存取模式的预取。顺序预取策略具有良好的可扩展性、较高的预取准确率并且易于实现。绝大多数预取策略将预取数据和热点数据缓存在统一的Cache中。将这两类数据缓存在单独设计的Cache中增加了各自的灵活性。顺序性检测逻辑一般实现在Cache中,一旦Cache块被替换,记录其上的信息一同丢失。将顺序检测模块实现于单独的数据结构中可以更加灵活地记录和利用I/O访问信息。哈希表可以大大提高在多应用环境下顺序I/O的检测速度和准确性,多级哈希表通过共享和替换可以在有限空间下映射更多的地址并且降低哈希函数的碰撞率。由不同容量子Cache组成的Cache池来缓存预取数据可以在Cache总容量一定的条件下,针对不同量的预取使用相适应的子Cache,提高了Cache空间的利用率。传统的LRU(Least Recently Used Algorithm)替换算法不能完全适应预取Cache的替换要求,通过改进的LRAU(Least Recently Actively Used Algorithm)替换策略使Cache的替换更加利于Cache的有效使用和I/O性能的提升。 iSCSI技术和磁盘阵列技术是当今较热门的存储技术,基于iSCSI的磁盘阵列已经被广泛应用。iSCSI Enterprise Target是目前较为流行的开源iSCSI存储系统目标端软件,该软件并无Cache和预取模块。将预取策略实现于该软件的块I/O层,测试结果显示,该预取算法可以从多应用环境下混合的I/O模式中较准确识别顺序I/O,并自适应预取,有效提升混合I/O中顺序部分的性能。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP333
【图文】：

命中率,预取

到数据后与磁盘的地址空间映射起来。本文设计的 Cache 单元间预取，考虑到用户层发送到磁盘的 I/O 请求是并发的，而且 I/是随机的，因此要想同时满足多个顺序地址空间上的预取，就本文设计的就是一个由多个 Cache 组成的 Cache 池，这个 Cach上是预取策略的 Cache。整个 Cache 池的容量才是预取 Cache 的的数目也就是可以并发执行预取的 I/O 数目。e 的命中率固然重要，同时也不可忽视 Cache 的有效利用率，用率不高，那么未利用的 Cache 容量就浪费了。自适应预取策同的情况进行分析后有针对性的进行预取，预取容量会随着具中 Cache 单元容量如果固定的话，那么针对小量的预取 Cache ，而针对大量的预取 Cache 的空间又显得不够。因此在 Cache ，将Cache单元的容量进行分类设置可以有效利用Cache空间，小的预取，大容量的 Cache 用于大量的预取，这样整个 Cache 池了。

示意图,地址,示意图,页长

ct tio {u32 pg_cnt;pgoff_t idx;u32 offset;u32 size;struct page **pvec;atomic_t count;构中 pg_cnt 为 I/O 请求地址的跨页长度（每页按照 4KB 计算），始地址，offset 为请求地址在首页中的起始偏移量，size 为按字节pvec 为 I/O 请求的数据存放地址，count 为引用计数。

示意图,示意图,逻辑地址,内存

图 3.8 Cache 组织示意图he 中拷贝数据O 请求命中 Cache 的时候，命中部分直接从 Cache 的纯数据部分再下发到磁盘执行。拷贝的过程需要进行地址的变换，具体来说，织的预取数据每页存放的数据地址与 I/O 请求的每页地址并不一 Cache 中按照磁盘的逻辑地址和 Cache 的元数据信息计算出命址，在内存中按照内存地址拷贝。I/O 请求 tio 中用 struct page *数据，如果是读，那么 pvec 指向的数据结构和 Cache 中 struct *构是类似的。假定命中 Cache 部分的地址从 hit_start 开始到 hit_贝的时候首先计算 hit_start 到 hit_end 对应的 pvec 中 struct page 偏移，然后通过 Cache 记录的起始磁盘地址和 page 数目计算出对的编号的其实页偏移。找到起始部分对应的 struct page 和偏移_address 得出 struct page 结构指向的内存逻辑地址，加上偏移地命中部分起始的内存逻辑地址，再通过 memcpy 函数进行内存数

【共引文献】