基于多介质设备的混合存储系统关键技术研究

发布时间：2021-11-23 20:43

　　闪存和固态硬盘近年来受到了学术界和工业界的高度关注。闪存是一种电信号驱动的固态存储介质,具有高性能、低能耗、小巧轻便等特点,它已经被广泛应用于嵌入式系统和移动设备中。随着闪存存储密度不断提高,基于闪存的固态硬盘（Solid State Drive, SSD）逐渐普及。作为电子设备,固态硬盘突破了传统磁盘的机械限制,具有高速读,低噪声、低功耗等优点,它的性能可以缩小存储设备和计算设备的性能差距,有利于解决计算机系统的性能瓶颈。因此,固态硬盘成为一种重要的二级存储设备,在个人PC和企业级存储应用中得到广泛欢迎。但是,固态硬盘也继承了闪存的缺点,包括读写不对称性、擦除磨损等,而且现阶段的软件系统都是针对磁盘设计的,不能完全发挥固态硬盘的性能优势,高昂的存储价格也进一步阻碍了固态硬盘的普及。这些因素导致现阶段固态硬盘无法完全取代磁盘,固态硬盘和磁盘共存才是未来存储系统发展的趋势,因此,混合存储技术的研究课题引起了学术界的关注。基于固态硬盘和磁盘两种不同介质存储设备的混合存储技术是一个全新的研究课题。针对这一背景,本论文对混合存储和闪存索引技术领域的已有研究成果进行总结,分析了该领域研究的关键问... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：157 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
目录
图目录
表目录
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 研究背景
    1.3 闪存、磁盘和固态硬盘
        1.3.1 闪存芯片的特点
        1.3.2 认识固态硬盘
        1.3.3 固态硬盘和磁盘
    1.4 国内外研究现状
        1.4.1 固态硬盘上的数据管理技术
        1.4.2 基于磁盘和固态硬盘的混合存储
        1.4.3 面向闪存设备的索引技术
    1.5 本文的工作
        1.5.1 研究意义
        1.5.2 研究内容
    1.6 本文的组织结构
        1.6.1 内容组织
        1.6.2 文献综述
第2章 磁盘和固态硬盘同级的时间敏感的混合存储模型
    2.1 引言
    2.2 相关工作
    2.3 混合存储模型架构
    2.4 页面热度状态转换模块
        2.4.1 页面访问热度的定义
        2.4.2 页面访问热度分析
    2.5 页面定位倾向和衰减
    2.6 完整的混合存储模型
    2.7 实验设计及分析
        2.7.1 实验环境和实验设计
        2.7.2 实验评估
        2.7.3 性价比分析
        2.7.4 “warm”对混合模型的作用
    2.8 本章小结
第3章 基于磁盘写缓冲的混合存储模型
    3.1 引言
    3.2 相关工作
    3.3 磁盘写缓存模型HB-Storage架构
    3.4 HB-Storage的关键技术
        3.4.1 热度计算模块HeatCalculate
        3.4.2 读写倾向计算模块RWTend
        3.4.3 块级write back机制
        3.4.4 HB-Storage的操作方案
    3.5 实验设计及分析
        3.5.1 实验环境和实验设计
        3.5.2 实验结果和分析
    3.6 本章小结
第4章 固态硬盘作缓存的混合存储索引技术HybridB
    4.1 引言
    4.2 相关工作
    4.3 B+树的性能分析
    4.4 HybridB算法设计
        4.4.1 HybridB的总体结构
        4.4.2 Huge Leaf结构的叶子节点
        4.4.3 叶子节点的leaf-leaf结构
        4.4.4 叶子节点的leaf-log结构
        4.4.5 同步和迁移
    4.5 HybridB的主要操作
        4.5.1 HybridB访问操作
        4.5.2 HybridB的结构操作
    4.6 HybridB的性能分析
    4.7 实验设计及分析
        4.7.1 实验环境和实验设计
        4.7.2 实验结果和分析
    4.8 本章小结
第5章 BloomTree：基于Bloom Filter的面向闪存设备的B+树索引
    5.1 引言
    5.2 相关工作
    5.3 B+树和溢出节点
        5.3.1 B+树的读写分析
        5.3.2 溢出节点机制的优缺点
    5.4 BloomTree的总体设计
        5.4.1 BloomTree叶子节点类型
        5.4.2 BloomTree叶子节点的转变和访问
        5.4.3 BF-leaf中的节点状态
        5.4.4 active选择机制
    5.5 BloomTree的关键技术
        5.5.1 Bloom Filter简介
        5.5.2 基于Bloom Filter的BF-leaf结构
        5.5.3 OF-leaf转换为BF-leaf以及Bloom Filter的建立
        5.5.4 BloomTree的删除操作和Bloom Filter的重建
        5.5.5 叶子的分裂操作
    5.6 BloomTree的主要操作
        5.6.1 Search操作
        5.6.2 Insert操作
        5.6.3 Update操作
    5.7 BloomTree的性能分析
        5.7.1 BloomFilter的分裂代价
        5.7.2 BloomTree的查询性能
        5.7.3 Bloom Filter的作用
    5.8 实验设计及分析
        5.8.1 实验环境和设计
        5.8.2 实验结果和分析
    5.9 本章小结
第6章 闪存/混合存储研究实验平台设计
    6.1 引言
    6.2 FEP：闪存数据管理实验平台
        6.2.1 研究意义
        6.2.2 FEP体系结构
        6.2.3 基于FEP的闪存算法验证
        6.2.4 FEP运行方式
    6.3 SH-Sim：混合存储研究仿真实验平台
        6.3.1 研究意义
        6.3.2 设计方案概述
        6.3.3 Flash Model设计
        6.3.4 混合存储管理模块
        6.3.5 实验验证和分析
    6.4 本章小结
第7章 结束语
    7.1 本文的主要工作
    7.2 本文的主要贡献和创新点
    7.3 下一步的研究工作
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文
在读期间参加的科研项目


【参考文献】：
期刊论文
[1]一种时间敏感的SSD和HDD高效混合存储模型[J]. 杨濮源,金培权,岳丽华.  计算机学报. 2012(11)
[2]PostgreSQL闪存缓冲区置换算法扩展与性能验证[J]. 陈恺萌,卢科,岳丽华.  计算机科学与探索. 2012(10)
[3]闪存数据库研究进展及发展趋势[J]. 孟小峰,金培权,曹巍,岳丽华.  中国科学基金. 2012(03)
[4]Sub-Join:面向闪存数据库的查询优化算法[J]. 梁智超,周大,孟小峰.  计算机科学与探索. 2010(05)



本文编号：3514610