EnhanceIO实现原理与改进方案研究

发布时间：2017-10-09 11:37

  本文关键词：EnhanceIO实现原理与改进方案研究

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【摘要】：混合存储系统解决了以传统机械硬盘为主的存储系统性能不佳,使用固态硬盘替换机械硬盘成本又过高的问题,具有很高的应用价值。EnhanceIO是由STEC公司开发,应用于Linux平台下的一款开源混合储存系统软件,在内核空间实现了处理应用程序数据读写请求的块设备驱动程序,对存储系统的性能有显著提升。论文阐述了混合存储系统设计所需要的关键技术,详细分析了EnhanceIO系统的实现原理,提出并完成对其改进方案。一方面,EnhanceIO系统实现的三种缓存替换算法中,随机替换算法完全没有考虑缓存中数据块的历史使用情况,先入先出替换算法只考虑缓存中数据块加入缓存的先后顺序,最近最少使用替换算法只考虑缓存中数据块的最近使用情况。由于没有综合考虑缓存中数据块的访问时间和访问频率,不能对存储系统的数据访问模式做出很好的判断和预测,这三种替换算法的缓存命中率还有提升空间。论文在最近最少使用替换算法的基础上,使用两条最近最少使用链表,即一条低频访问链表和一条高频访问链表,实现了综合考虑访问时间和访问频率特性的替换算法。另一方面,EnhanceIO系统没有区分读写请求类型,对于随机读写请求和顺序读写请求都会进行缓存。磁盘扫描和文件拷贝等大数据量、低频率的顺序读写,会给整个存储系统的读写性能造成波动。固态硬盘相对于机械硬盘,在随机读写速度上的优势比顺序读写速度上的优势更加明显。区分读写请求的类型,优先对随机读写请求进行缓存,会对存储系统性能带来更大的提升。针对这一问题,论文在EnhanceIO系统中加入了顺序读写过滤功能。通过对测试结果的分析,改进的替换算法相比于原最近最少使用替换算法,缓存命中率提高3.42%,带来存储系统性能的提升。分别表现为,随机读测试,读性能提升6.94%；随机写测试,写性能提升4.29%；随机读写测试,读性能提升5.52%,写性能提升4.48%。在有大量连续数据访问的应用场景中,顺序读写过滤功能的加入,能够有效防止缓存中有用数据块被淘汰,使得存储系统的性能更加稳定。
【关键词】：混合存储系统 EnhanceIO 缓存替换算法 顺序读写过滤
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 缩略语对照表10-14
• 第一章 绪论14-18
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 混合存储技术研究现状15-16
• 1.3 论文研究内容及组织结构16-18
• 第二章 混合存储系统18-30
• 2.1 相关储存介质特性18-22
• 2.1.1 机械硬盘18-20
• 2.1.2 固态硬盘20-22
• 2.2 混合存储系统介绍22-24
• 2.2.1 计算机存储系统22-23
• 2.2.2 混合存储系统实现原理23-24
• 2.3 混合存储系统关键技术24-25
• 2.3.1 读写请求处理24
• 2.3.2 高速缓存技术的使用24-25
• 2.4 高速缓存的设计25-29
• 2.4.1 缓存地址26
• 2.4.2 缓存容量26
• 2.4.3 映射功能26-27
• 2.4.4 替换算法27-28
• 2.4.5 写策略28
• 2.4.6 缓存块大小28-29
• 2.4.7 缓存数目29
• 2.4.8 缓存存储索引29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 EnhanceIO实现原理30-44
• 3.1 EnhanceIO概述30-34
• 3.1.1 Linux块设备驱动介绍30-33
• 3.1.2 EnhanceIO系统工作流程33-34
• 3.2 EnhanceIO系统框架34-39
• 3.2.1 内核空间实现34-37
• 3.2.2 用户空间配置37-39
• 3.3 EnhanceIO主要数据结构39-40
• 3.4 EnhanceIO替换算法40-42
• 3.4.1 最近最少使用替换算法40-41
• 3.4.2 先入先出替换算法41-42
• 3.4.3 随机替换算法42
• 3.5 本章小结42-44
• 第四章 EnhanceIO系统改进44-50
• 4.1 替换算法不足44
• 4.2 替换算法改进44-47
• 4.2.1 主要改进思路44-45
• 4.2.2 改进替换算法的实现45-47
• 4.3 顺序读写过滤47-49
• 4.3.1 顺序读写过滤作用47
• 4.3.2 顺序读写过滤实现方法47-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第五章 系统性能测试与结果分析50-56
• 5.1 测试环境50-51
• 5.1.1 系统环境与测试工具50
• 5.1.2 fio介绍50-51
• 5.2 性能测试与对比51-53
• 5.2.1 测试方法及测试参数51-52
• 5.2.2 存储介质读写性能52
• 5.2.3 改进前后替换算法性能对比52-53
• 5.2.4 顺序读写过滤测试53
• 5.3 测试结果分析53-55
• 5.4 本章小结55-56
• 第六章 总结与展望56-60
• 6.1 论文总结56-57
• 6.2 研究展望57-60
• 参考文献60-62
• 致谢62-64
• 作者简介64

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