固态硬盘存储系统关键技术研究

发布时间：2022-07-15 15:25

　　据统计,近年来60%大数据相关投资在了存储系统等基础架构上。而基于闪存的固态硬盘（Solid State Disk,SSD）以其高性能、低功耗、高可靠等特点被企业级的数据中心以及个人存储所广泛使用。但是,与传统硬盘相比,固态硬盘存储系统呈现出更复杂的故障机理与独特的故障外在表现形式。虽然已经目前已有不少关于固态硬盘存储系统的研究工作,但是与广大用户的期望值的相比,当前固态硬盘存储系统在性能与可靠性上尚有较大差距,仍有大量的工程与技术问题亟待探索和解决。涉及固态硬盘存储系统的技术挑战前所未有,而解决问题的途径与方法同样亦非唾手可得。首先,固态硬盘存储系统的可靠性需要重新进行评估。闪存这一存储介质将引入不少新型且独特的存储错误。同时不仅是其本身设备固件层面,上层软件栈亦需要作出的相应适配,传统HDD磁盘的容错模型与技术方法无法直接应用于固态硬盘存储系统。特别是,随着固态硬盘存储系统日益大型化,可靠性挑战难度将进一步升高;其次,随着大数据技术的发展以及深度学习等大规模分布式应用的兴起,如何进一步提高固态硬盘存储系统的性能也迅速成为当前的热点问题。虽然,固态硬盘相比于传统的磁盘,随机读写性能更... 

【文章页数】：116 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号使用说明
第一章 绪论
    1.1 存储系统发展趋势
        1.1.1 新型存储介质
        1.1.2 新型存储结构
        1.1.3 超大存储规模
    1.2 存储系统面临的技术挑战
        1.2.1 高可靠性挑战
        1.2.2 存储系统面临的高性能挑战
        1.2.3 新型存储系统资源分配策略
    1.3 本文工作
    1.4 文章结构
第二章 相关研究工作
    2.1 高可靠性存储系统相关工作
        2.1.1 设备层相关技术
        2.1.2 软件层高可靠性相关技术
        2.1.3 硬件架构层高可靠性相关技术
        2.1.4 小结
    2.2 高性能存储系统关键技术
        2.2.1 缓存策略典型系统:大数据处理系统
        2.2.2 资源管理策略
        2.2.3 小结
第三章 单节点下固态硬盘高可靠性关键技术
    3.1 单节点固态硬盘可靠性研究现状
    3.2 当前固态硬盘寿命预测手段
        3.2.1 实验方案设计
        3.2.2 相关发现
    3.3 大规模测试框架的设计与实现
        3.3.1 基础工作负载设计
        3.3.2 工作负载的优化
        3.3.3 工作负载的终止条件
        3.3.4 固态硬盘状态的监控
        3.3.5 测试设备与测试环境
    3.4 测试结果与分析
        3.4.1 实验结果一览
        3.4.2 实验结果延伸分析
    3.5 iLife的设计与实现
        3.5.1 iLife的设计
        3.5.2 iLife有效性评测
    3.6 相关工作
    3.7 本章小结
第四章 数据中心环境中固态硬盘高可靠性关键技术研究
    4.1 问题背景
    4.2 调研方法
        4.2.1 系统架构
        4.2.2 数据集
        4.2.3 研究方法
        4.2.4 潜在限制
    4.3 固态硬盘故障综述
        4.3.1 硬件相关故障
        4.3.2 固态硬盘故障
    4.4 固态硬盘无关型故障
        4.4.1 故障日志综述
        4.4.2 人为错误
    4.5 互连错误
        4.5.1 识别潜在的指示器
        4.5.2 指示器的优化
        4.5.3 指示器验证
        4.5.4 使用指示器的优势
    4.6 固态硬盘相关型故障
        4.6.1 云服务的影响
        4.6.2 固态硬盘放置方法的影响
    4.7 相关工作
    4.8 本章小结
第五章 固态硬盘存储系统中数据缓存的设计与优化
    5.1 研究背景
        5.1.1 引言
        5.1.2 Spark缓存策略评估
    5.2 Neutrino系统的设计思想
        5.2.1 自适应缓存
        5.2.2 生成数据流图
        5.2.3 缓存策略的动态规划
    5.3 实验评估
    5.4 本章小结
第六章 固态硬盘存储系统中资源分配的设计与优化
    6.1 引言
    6.2 Dike设计思想与系统结构
        6.2.1 资源接口
        6.2.2 生成器
        6.2.3 调度器
        6.2.4 可移植性
    6.3 实验环境、参数设计与性能评估
        6.3.1 实验环境与评测方法
        6.3.2 性能评估
    6.4 相关工作
    6.5 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 工作总结
    7.2 研究展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]Erasure coding for distributed storage: an overview[J]. S.B.BALAJI,M.Nikhil KRISHNAN,Myna VAJHA,Vinayak RAMKUMAR,Birenjith SASIDHARAN,P.Vijay KUMAR.  Science China（Information Sciences）. 2018(10)



本文编号：3662312