新型非易失存储I/O栈综述

发布时间：2021-07-27 19:15

　　随着新型非易失存储介质的出现,软件I/O栈的开销已经成为存储系统的性能瓶颈.首先详述了基于磁盘的传统I/O栈的各个软件层次和请求经过I/O栈的一般流程.在分析了传统I/O栈在闪存（flash）、相变存储器（phase change memory,PCM）等新型非易失存储介质构成的存储系统中存在的问题后,对专门为PCIe固态硬盘（solid state drive,SSD）设计的高性能主机控制器接口——NVMe接口及基于该接口的I/O栈、请求流程进行了详细介绍.最后,针对相变存储器、阻变存储器（resistive randomaccess memory,RRAM）和自旋转移矩磁阻随机存储器（spin-transfer torque magnetic random access memory,STT-MRAM）等下一代存储介质,对I/O栈在中断使用、文件系统权限检查等方面带来的性能问题进行了详细分析,指出未来I/O栈设计要考虑的问题. 

【文章来源】：计算机研究与发展. 2014,51(S1)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

图２块层单请求队列结构

块设备提供一个请求队列结构，对请求合并、排序都是在该队列上完成的．由于传统块层的单请求队列会存在请求队列锁、硬件中断和远程内存访问（ＮＵＭＡ架构上）的问题，导致可扩展性差［１２］．目前ＳＣＳＩ磁盘在企业级存储中得到了广泛的应用，并且存在大量的基于ＳＣＳＩ架构的软件．为了使ＮＶＭｅ接口支持遗留的ＳＣＳＩ软件，ＮＶＭＥｘｐｒｅｓｓ工作组在ＮＶＭｅ接口的基础上又设计开发了ＳＣＳＩ转换层［１３］，ＳＣＳＩ转换层驱动模型如图４所示：图４ＳＣＳＩ转换层Ｉ?Ｏ栈ＳＣＳＩ转换层的作用是将遗留的上层软件栈产生的ＳＣＳＩ命令转换成对应的ＮＶＭｅ命令发送到ＮＶＭｅ驱动中，或者将ＮＶＭｅ驱动产生的返回状态信息转换成ＳＣＳＩ支持的返回状态信息．由于兼容遗留软件，系统可以无缝地从传统磁盘迁移到支持ＮＶＭｅ接口的ＰＣＩｅＳＳＤ上，缺点是会增加软件开销．在目前最新的Ｌｉｎｕｘ３．１２．４内核版本中，已经包含对ＮＶＭｅ接口和ＳＣＳＩ转换层的支持．３当前Ｉ?Ｏ栈存在的问题除了以上提到的ｆｌａｓｈ，其他几种非易失存储介质（如ＰＣＭ，ＲＲＡＭ，ＳＴＴ－ＭＲＡＭ）在近几年也发展迅速．相比于ｆｌａｓｈ，这些存储介质读写速度更快，２１陈祥等：新型非易失存储Ｉ?Ｏ栈综述

【参考文献】：
期刊论文
[1]闪存存储系统综述[J]. 陆游游,舒继武.  计算机研究与发展. 2013(01)



本文编号：3306381