瓦记录磁盘写特征研究与优化设计
发布时间：2020-10-29 09:30
据IDC调查统计2011年全世界产生的数据达到了1.8ZB（18000亿GB）并且全球信息数据总量每过两年就会增加一倍而现有的磁记录密度将达到极限。针这一问题，存储领域已经开始研究新的存储技术，瓦记录（Shingled Magnetic Record，SMR）即是其中的一种，它可以通过对现有硬盘磁道进行部分重叠覆盖而减小磁道宽度来提高记录密度。 瓦记录技术的记录方式导致瓦记录磁盘的写性能问题：由于磁道变得很窄，在将数据写入某一个磁道中时将会对其相邻一定数量的磁道中的数据产生写覆盖而使它们失效。现有的解决方法一般是在写数据前先读出将会被覆盖的数据然后再写入数据和补写失效的数据，从而使瓦记录磁盘写操作的性能变得很糟糕。在研究瓦记录磁盘的写特征以及分析个人用户数据存储特征的基础上设计了一种优化写性能优化方案：动态映射表管理方案（Dynamic Mapping Tables Management, DMTM），DMTM通过对会发生数据覆盖的写操作进行写入位置迁移来避免数据覆盖从而减少冗余的数据读写操作来优化瓦记录磁盘的写性能。 DMTM方案设计了瓦记录磁盘的存储结构；通过拆分现有的单一逻辑块地址为一对映射逻辑地址来实现数据位置迁移的透明性；并且完成了各环节的详细设计：包括逻辑块地址映射表等表项的管理操作，数据写入位置迁移方法，存储空间碎片回收等。从仿真实验的结果看DMTM方案对瓦记录磁盘的写性能有比较显著的优化效果，验证了此方案的可行性。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2012
【中图分类】：TP333.35
【部分图文】：
图 1.1 SMR 写磁头与了 SMR 的写磁头与磁道。从图道比较窄，在对某个磁道进行写，因此需要对下方的磁道做不利于随机写操作[24]，而这正结合（如二维磁记录技术[25]）6]。旧技术更替的桥梁成为目前的同谷歌、facebook 及戴尔等公写入的问题得到了一些想法，驱动器厂商和计算机代码堆栈实现无缝化，使之表现为普通
图 2.2 硬盘磁道和 SMR 盘磁道对 SMR 磁盘的写入方式进行分析后不难发现，如果不采取特别措施，一次普通的写入数据就可能毁掉磁盘上的大多数数据：如图 2.2 所示，磁盘磁道编号一般由外径向内径方向进行编号，设定 SMR 磁盘在写入数据时的覆盖侧面向向为内径方向，则若对 Track_0 磁道进行数据写入时，会覆盖掉 Track_1、Track_2、Track_3 上的部分数据，要保证数据的正确性就必须在写入 Track_0 数据之前将后面会被覆盖的数据读出然后再进行补写操作，然而在进行补写操作时这种覆盖会继续向后扩散直至扩散到最内径的磁道。为了避免类似于这种写覆盖过分扩散的情形 SMR 研究文献普遍认为需要在 SMR 磁盘的若干磁道之间设置隔离带（图 2.2 SMR 磁盘盘面中的彩色区域）来阻止这种写覆盖的过度扩散，我们把这种隔离后的组织形式称为 Band。SMR 磁盘的读性能与硬盘相仿并且从理论上讲会有一定的提升，因为磁道密度增加后磁头切换磁道时移动距离减少从而减少磁道切换时间（可能需要改进现有的
构拉伸成矩形结构，拉伸方法为先将每个 Band 拉伸成矩形结构，然后再依次（可按Band 编号）拼接成大的矩形结构，由此形成以 Sector 为最小存储单位的矩形视图（记为 RectangleView）。图 3.1 简要表示了如何构成 RectangleView，每个 Band 的磁道数是相等的，且同一个 Band 中的磁道长度（指 Sector 数量）也是相等的，但是不同Band 之间的磁道长度可以不相等（一般由外向内递减）；本文将在 RectangleView的基础上来剖析本文的 DMTM 设计方案。
【参考文献】
本文编号：2860711
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2012
【中图分类】：TP333.35
【部分图文】：
图 1.1 SMR 写磁头与了 SMR 的写磁头与磁道。从图道比较窄，在对某个磁道进行写，因此需要对下方的磁道做不利于随机写操作[24]，而这正结合（如二维磁记录技术[25]）6]。旧技术更替的桥梁成为目前的同谷歌、facebook 及戴尔等公写入的问题得到了一些想法，驱动器厂商和计算机代码堆栈实现无缝化，使之表现为普通
图 2.2 硬盘磁道和 SMR 盘磁道对 SMR 磁盘的写入方式进行分析后不难发现，如果不采取特别措施，一次普通的写入数据就可能毁掉磁盘上的大多数数据：如图 2.2 所示，磁盘磁道编号一般由外径向内径方向进行编号，设定 SMR 磁盘在写入数据时的覆盖侧面向向为内径方向，则若对 Track_0 磁道进行数据写入时，会覆盖掉 Track_1、Track_2、Track_3 上的部分数据，要保证数据的正确性就必须在写入 Track_0 数据之前将后面会被覆盖的数据读出然后再进行补写操作，然而在进行补写操作时这种覆盖会继续向后扩散直至扩散到最内径的磁道。为了避免类似于这种写覆盖过分扩散的情形 SMR 研究文献普遍认为需要在 SMR 磁盘的若干磁道之间设置隔离带（图 2.2 SMR 磁盘盘面中的彩色区域）来阻止这种写覆盖的过度扩散，我们把这种隔离后的组织形式称为 Band。SMR 磁盘的读性能与硬盘相仿并且从理论上讲会有一定的提升，因为磁道密度增加后磁头切换磁道时移动距离减少从而减少磁道切换时间（可能需要改进现有的
构拉伸成矩形结构，拉伸方法为先将每个 Band 拉伸成矩形结构，然后再依次（可按Band 编号）拼接成大的矩形结构，由此形成以 Sector 为最小存储单位的矩形视图（记为 RectangleView）。图 3.1 简要表示了如何构成 RectangleView，每个 Band 的磁道数是相等的，且同一个 Band 中的磁道长度（指 Sector 数量）也是相等的，但是不同Band 之间的磁道长度可以不相等（一般由外向内递减）；本文将在 RectangleView的基础上来剖析本文的 DMTM 设计方案。
【参考文献】
相关期刊论文 前3条
1 沈玉良;许鲁;;一种基于虚拟机的高效磁盘I/O特征分析方法[J];软件学报;2010年04期
2 王兰英;居锦武;;NTFS文件系统结构分析[J];计算机工程与设计;2006年03期
3 李家星,苗长云,李鸿强;基于单片机的IDE硬盘控制的研究与设计[J];微计算机信息;2004年10期
相关博士学位论文 前1条
1 徐振;垂直磁记录介质的制备和超快自旋动力学研究[D];复旦大学;2009年
本文编号：2860711
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