盘阵列中基于分组的缓存优化技术研究与实现

发布时间：2020-09-21 10:27

　　随着信息科学技术的高速发展,人们对海量信息存储的需求日益增长, CPU的处理速度和存储设备I/O处理速度之间的差距越来越大,磁盘I/O成为影响计算机系统性能的主要因素。为了弥补两者处理速度的巨大差异,盘阵列系统中加入了Cache来缓存并管理数据,以尽可能减少读写磁盘的开销,缩短I/O请求的响应时间,从而提高存储系统的I/O性能。如何合理地组织与管理Cache,发挥其最大效益,使得整个系统高效快速的运行,一直是存储界研究的热门课题。提升Cache性能关键是要提高Cache的命中率,减少页面I/O时间。而合理的Cache组织和调度策略,是提高查找效率和命中率的关键。设计了使用基树(Radix Tree)Cache,可实现快速定位,缩短检索时间;并在最近最少使用调度算法基础上,利用空间局部性,将地址相邻的Cache动态分组,改进Cache替换策略,利用优化预取策略、回写策略,提高Cache命中率,减少IO时间,提升数据读写速度。Cache分组思想是对于Cache的操作都在分组上实现,当有数据访问命中时,根据空间局部原理,分组内其他Cache块与命中Cache块地址接近,在将来可能会被访问,所以将整个分组内的Cache全部提到队列前面。这样一方面可以提高Cache的命中率,另外一方面还可以保持Cache地址连续性,Cache回写时以分组为单位,连续写回磁盘时有效地减少磁头物理寻道与旋转时间,进而减少IO时间。同时对于多用户数据访问造成的数据随机性,通过分组搜索可以有效分离出每个用户访问的顺序性数据。系统测试结果显示分组Cache优化可以有效提高Cache命中率和IO访问速度。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2011
【中图分类】：TP333
【部分图文】：

管理模块,层次结构,盘阵列,双控制器

对外提供连续服务。盘阵列双控制器环境的硬件架构图，通过千兆网卡协议进行数据交换。数据经过两台 PC 服务器与后中采用两台 PC 服务器模拟实现控制器的所有功能SCSI 通道，双控制器之间的状态检测，Cache 系统的等。制器盘阵列的软件结构

索引值,检索方法

采用基树结构组织 Cache 块[28]。通过对基树的研究发现，这种组具有查找效率高，可扩展性好，并且充分考虑了局部性原理。2.2.1 基树基树(radix tree)[30]，每个节点对应多个节点分支，它充分考虑检索对象特一种检索数值范围很大的搜索树。基树每个节点包含 64 位的指针数组，如果中间节点，那么每一个指针都是指向下一层的孩子节点，如果是底层节点，个指针都指向一个 Cache 块。Radix Tree 的检索采用索引值分段定位的方法，将索引值按 6bit 分段，如的深度为 1，可检索 0~63 范围的索引值，索引值为 6bit，这 6 位表示的数值即数组的下标，slots[0]~slots[63]指向第一层节点所挂的页描述符指针。如果基度为 2，可检索 0~4095 范围的索引值，索引的低 12 位分成两个 6bit 段，高位用于表示第一层节点 slots 数组的下标，而低位字段用于表示第二层节点 slots下标，以此类推。

盘阵列中基于分组的缓存优化技术研究与实现

命中Cache

【参考文献】