固态硬盘I/O性能抖动优化算法研究

发布时间：2023-02-14 09:03

　　随着大数据应用规模不断增加,海量数据的处理需求对计算机系统存储性能提出了更高的要求。基于传统磁盘的存储系统性能较低,由于其机械特征造成数据访问性能较低,已无法满足响应时间要求较高的大数据应用需求,与此同时,基于闪存的固态盘凭借其优秀的读写性能逐渐得到了广泛应用。相对于传统磁盘,基于闪存的固态盘具有读写性能高,能耗低,噪音小等优点,因此其逐渐被广泛应用到大规模存储系统中。但是,由于闪存介质本身物理特性,如读/写与擦除操作粒度不一致、擦除操作延迟较高以及写/擦除操作次数有限等,使得固态盘在实际应用过程中存在许多新的问题,固态盘内部垃圾回收操作会造成请求响应方面的性能抖动问题便是其中之一。通常这个问题不会受到研究者的关注和研究,但是其会引起用户I/0请求响应延迟较长,影响用户体验,尤其在实时交易类应用中,较大性能抖动会影响用户请求完成时间,严重时会造成交易数据错误,甚至造成关键数据的损失。为了解决垃圾回收引起的性能抖动问题,本文提出了一种针对写性能抖动优化的固态盘缓存管理算法CalmWPC。该算法主要包括基于簇的缓存数据组织结构,基于历史数据的缓存簇活跃度预测模块,以及基于固态盘缓存和闪存存...

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 主要研究内容及工作
    1.4 论文的组织结构
    1.5 本章小结
第二章 固态盘存储相关技术
    2.1 闪存相关技术简介
        2.1.1 闪存类型
        2.1.2 闪存基本特性及操作
    2.2 常用固态盘基本架构
    2.3 闪存转换层
        2.3.1 闪存转换层概述
        2.3.2 闪存转换层关键技术
    2.4 缓存管理与垃圾回收优化
    2.5 本章小结
第三章 面向I/O性能抖动的固态盘缓存管理算法设计
    3.1 算法设计动机
    3.2 算法基本思想
    3.3 关键技术分析
        3.3.1 基本理论模型
        3.3.2 垃圾回收优化
    3.4 CalmWPC核心算法
        3.4.1 算法基本流程
        3.4.2 系统运行实例
    3.5 本章小结
第四章 性能测试与结果分析
    4.1 测试环境介绍
        4.1.1 SSDSim仿真平台
        4.1.2 实验环境配置
        4.1.3 测试负载
    4.2 测试方法
    4.3 测试结果及分析
        4.3.1 实时I/O响应时间及方差
        4.3.2 平均I/O响应时间
        4.3.3 写放大
    4.4 CalmWPC模块有效性测试
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
参考文献
图表目录
List of Figures and Tables
致谢
攻读学位期间发表的学术成果



本文编号：3742337