面向分布式非易失性内存的新型存储系统的设计与实现

发布时间：2022-09-29 16:50

　　身处互联网时代,数据量呈现爆发式的增长,这使得存储系统成为制约计算机系统性能的关键因素之一。新型非易失性内存（Non-Volatile Memory,NVM）具有持久性、字节寻址和读写性能与DRAM相近的特性;远程直接内存访问（Remote Direct Memory Access,RDMA）具有高吞吐,低延迟的特性,结合新型存储和网络硬件是当前构建高性能存储系统的有效选择。但是在结合过程中,会在数据的一致性、非易失性内存管理效率及寿命等方面出现问题,直接使用现有的本地文件系统构建存储系统则难以发挥新型硬件的性能优势。因此本文以面向分布式非易失性内存的新型存储系统为研究和设计的目标。首先,本文从存储和网络两个方面介绍了分布式存储系统结构的发展,在分析了非易失性内存的数据不一致性和本地内存管理效率低的问题基础上,设计了面向分布式非易失性内存的新型存储系统结构。其次,非易失性内存的数据一致性依赖于CPU主动执行硬件指令刷写缓存实现,而这类指令开销极高,严重影响CPU的处理性能;RDMA在服务器端CPU不参与的情况下直接读写服务器端内存,因此服务器端CPU无法感知数据写入事件,不能及时执行数... 

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究的内容和意义
    1.2 非易失存储器
        1.2.1 NVM的原理和特点
        1.2.2 NVM在计算机体系结构中的应用
    1.3 远程直接内存访问
    1.4 分布式非易失性内存存储系统面临的挑战
    1.5 国内外研究现状
    1.6 本文的主要工作和组织结构
        1.6.1 本文的主要工作
        1.6.2 本文的组织结构
第二章 面向分布式非易失性内存的新型存储系统结构
    2.1 现有分布式存储系统的结构
    2.2 分布式非易失性内存存储系统的分析
        2.2.1 一致性机制的分析
        2.2.2 本地内存管理的分析
    2.3 面向分布式非易失性内存的新型存储系统结构
    2.4 本章小结
第三章 面向分布式非易失性内存文件系统一致性机制
    3.1 新型存储与网络设备对一致性的影响
    3.2 一致性机制的结构设计
    3.3 基于操作日志的一致性保障策略
    3.4 服务器端的写一致性策略
    3.5 服务器端的数据异步持久化
    3.6 原型系统测试与分析
        3.6.1 写带宽测试
        3.6.2 批处理对写带宽影响测试
        3.6.3 异步持久化对写带宽影响测试
    3.7 本章小结
第四章 本地非易失性内存管理机制
    4.1 非易失性内存现状的分析
    4.2 本地非易失性内存管理的结构
    4.3 轻量级日志一致性保障策略
    4.4 非易失性内存空间管理策略
        4.4.1 NVM的分配与释放策略
        4.4.2 NVM的磨损均衡
    4.5 原型系统的测试与分析
        4.5.1 分配速度测试
        4.5.2 一致性开销测试
        4.5.3 磨损均衡测试
        4.5.4 可扩展性测试
        4.5.5 恢复测试
    4.6 本章小结
第五章 面向分布式非易失性内存的新型存储系统原型
    5.1 通讯效率对存储系统性能的影响
    5.2 新型存储系统原型实现与测试
        5.2.1 改变文件大小的读写带宽测试
        5.2.2 综合负载环境下的读写带宽测试
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
在学期间发表的学术论文及其他科研成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]闪存存储的重构与系统构建技术[J]. 陆游游,杨者,舒继武.  计算机研究与发展. 2019(01)
[2]一种支持大页的层次化DRAM/NVM混合内存系统[J]. 陈吉,刘海坤,王孝远,张宇,廖小飞,金海.  计算机研究与发展. 2018(09)
[3]一个基于日志结构的非易失性内存键值存储系统[J]. 游理通,王振杰,黄林鹏.  计算机研究与发展. 2018(09)
[4]基于相变存储器的存储技术研究综述[J]. 冒伟,刘景宁,童薇,冯丹,李铮,周文,张双武.  计算机学报. 2015(05)
[5]基于相变存储器的存储系统与技术综述[J]. 张鸿斌,范捷,舒继武,胡庆达.  计算机研究与发展. 2014(08)
[6]新型非易失存储研究[J]. 沈志荣,薛巍,舒继武.  计算机研究与发展. 2014(02)



本文编号：3682954