L-CACHE：一种虚拟化环境下基于SSD的缓存去重系统

发布时间：2017-09-13 09:30

  本文关键词：L-CACHE：一种虚拟化环境下基于SSD的缓存去重系统

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【摘要】：最近十年间,CPU和存储子系统之间的性能差距越拉越大,使后者成为左右系统性能的主要瓶颈,最终导致计算机利用率低下、间接提高了生产成本。为此存储领域相继引入了诸多新技术,SSD是其中的一个代表,它是一种性能较好的新兴存储设备,但其造价较高,因此在商业生产环境中通常还是将其作为后端慢速存储设备的缓存使用。另一方面,虚拟化技术使得一台物理机上可以同时运行若干台虚拟机,通常数个虚拟机镜像之间存在着较大相似性,这主要是因为大多数虚拟机都运行着相似的操作系统、相似的库、相似的应用程序。但是在实际的生产环境中,通常是从共享的缓存设备中为每个虚拟机分配一块独立的缓存空间,忽略了不同虚拟机之间数据的冗余性,这大幅降低了缓存设备的利用率。为了解决上述问题,本文设计与实现了一套以SSD为缓存设备的缓存去重系统L-CACHE:将热点数据缓存在SSD设备上,同时融入了去重功能,并以ARC算法为基础提出了去重感知的Dedu-ARC算法,作为其缓存管理的核心算法。实验证明L-CACHE相比于传统缓存系统在读写延迟、缓存命中率等方面有着更好的性能。本文主要工作内容如下：1.研究分析Linux内核Block I/O机制、Device Mapper机制的设计与实现。2.从架构设计、缓存组织、I/O处理、替换策略四个方面入手,设计与实现了L-CACHE缓存去重系统。3.分析ARC算法,论证其在去重场景中的不适用性,在此基础上设计与实现了L-CACHE系统的缓存替换策略Dedu-ARC算法4.从缓存命中率、平均I/O延迟、SSD写入次数这三方面将L-CACHE与dm-cache进行实验对比,并对结果进行详细分析。
【关键词】：缓存算法 虚拟化 Block I/O Device Mapper
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-17
• 1.1 课题背景13-14
• 1.2 本文主要工作14-15
• 1.3 本文内容组织15-17
• 第2章 相关技术综述17-26
• 2.1 通用块设备层17-22
• 2.1.1 基本原理17-19
• 2.1.2 处理流程19-22
• 2.2 Device Mapper机制22-25
• 2.2.1 基本原理22-24
• 2.2.2 处理流程24-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第3章 L-CACHE设计与实现26-64
• 3.1 L-CACHE架构设计26-32
• 3.1.1 用户空间层27-28
• 3.1.2 内核空间层28-32
• 3.1.3 物理硬件层32
• 3.2 L-CACHE缓存组织32-43
• 3.2.1 Reference结构32-36
• 3.2.2 Address/Signature Hash Table36-38
• 3.2.3 缓存组织管理38-43
• 3.3 L-CACHE I/O处理43-55
• 3.3.1 L-CACHE读操作44-49
• 3.3.2 L-CACHE写操作49-55
• 3.4 L-CACHE替换算法55-63
• 3.4.1 LRU算法55-57
• 3.4.2 ARC算法57-59
• 3.4.3 Dedu-ARC算法59-63
• 3.5 本章小结63-64
• 第4章 系统测试与分析64-78
• 4.1 测试部署64-66
• 4.1.1 测试workloads64-65
• 4.1.2 测试环境65-66
• 4.2 测试分析66-77
• 4.2.1 缓存命中率67-71
• 4.2.2 平均I/O延迟71-74
• 4.2.3 SSD写入次数74-77
• 4.3 本章小结77-78
• 第5章 总结与展望78-80
• 5.1 工作总结78
• 5.2 工作展望78-80
• 参考文献80-83
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果83-84
• 致谢84

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本文编号：842875