【摘要】：非易失性內(nèi)存主機(jī)控制器接口規(guī)范NVMe(Non-Volatile Memory express)提高了固態(tài)盤的性能。主機(jī)通過NVMe新引入的多流接口,將流管理策略產(chǎn)生的數(shù)據(jù)預(yù)期壽命等語義信息傳遞到固態(tài)盤,指引其合理地布局?jǐn)?shù)據(jù),從而減少垃圾回收時(shí)遷移的有效頁(yè)數(shù)量,進(jìn)而降低寫放大。手動(dòng)流管理策略需要熟悉應(yīng)用的資深開發(fā)者根據(jù)其內(nèi)部工作機(jī)制定制,依賴于特定應(yīng)用。自動(dòng)流管理策略根據(jù)請(qǐng)求的特性(邏輯地址的順序性、訪問頻度、最近訪問時(shí)間等)來預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的壽命,不依賴于具體應(yīng)用而具有較好的擴(kuò)展性。然而現(xiàn)有的自動(dòng)流管理策略未考慮元數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)、不同類型的元數(shù)據(jù)、不同的數(shù)據(jù)之間的壽命差異,未考慮順序性、隨機(jī)性應(yīng)用的寫放大差異,未考慮固態(tài)盤支持的流的數(shù)量受限的問題。針對(duì)以上問題,提出一種基于內(nèi)核態(tài)I/O(Input/Output)棧的混合自動(dòng)流管理策略MixedStream,結(jié)合元數(shù)據(jù)類型與請(qǐng)求的邏輯地址特性,區(qū)分元數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)、不同類型的元數(shù)據(jù)、不同的數(shù)據(jù)之間的壽命差異。提出一種基于用戶態(tài)I/O棧的自動(dòng)流管理策略UStream,動(dòng)態(tài)適應(yīng)不同的應(yīng)用程序,區(qū)分順序性、隨機(jī)性應(yīng)用的寫放大差異。引入虛擬流的概念,采用二次分流的方法解決固態(tài)盤支持的流的數(shù)量受限問題。第一次分流,MixedStream完成不同類型的元數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)到虛擬流的映射,而UStream完成順序性與隨機(jī)性應(yīng)用的數(shù)據(jù)到虛擬流的映射。第二次分流,兩種策略均根據(jù)虛擬流內(nèi)數(shù)據(jù)/元數(shù)據(jù)的平均壽命,動(dòng)態(tài)調(diào)整其與物理流的映射關(guān)系。完成實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在自主研制的多流固態(tài)盤上的測(cè)試結(jié)果表明,相比于僅根據(jù)元數(shù)據(jù)類型制定的FStream以及僅根據(jù)請(qǐng)求的邏輯地址特性制定的AutoStream兩種流管理策略,MixedStream寫放大因子分別降低2.11%-6.64%和1.96%-7.56%,性能分別提高1.49%-4.61%與0.79%-5.11%;相比于AutoStream,UStream寫放大因子降低8.03%-21.57%,性能提高5.88%-16.43%。
【圖文】：

在自主研發(fā)的 DSAL4.0 平臺(tái)上實(shí)現(xiàn) NVMe 多流固態(tài)盤，測(cè)試并分析 MixedStream 的寫放大因子與存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能。詳細(xì)闡述兩種流管理策略的測(cè)試負(fù)載、對(duì)比方案和測(cè)試方案；詳細(xì)分析兩種流管理策略的寫放大因子、存儲(chǔ)及開銷等。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)闡述 MixedStream 與 UStream 兩種流管理策略的測(cè)試平臺(tái)即實(shí)驗(yàn)室自主研GA 的多流固態(tài)盤 DSAL4.0_SSD。闡述 DSAL4.0_SSD 的相關(guān)參數(shù)，闡述的主機(jī)端服務(wù)器及其相關(guān)參數(shù)，設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)多流固態(tài)盤 DSAL4.0_SSD 的閃L。.1 基于 FPGA 的多流固態(tài)盤平臺(tái)現(xiàn)有的開源固態(tài)盤平臺(tái)種類繁多。然而 MQSim[48]等模擬器平臺(tái)只模擬了固

盤即 DSAL4.0_SSD。DSAL4.0_SSD 包含 FTL 模塊、NVMe 主機(jī)接口模塊等，不僅支持主機(jī)端內(nèi)核態(tài) I/O 棧和用戶態(tài) I/O 棧擴(kuò)展，而且支持多流特性，還允許將 SSD 的內(nèi)部資源暴露給主機(jī)即以 OpenChannelSSD 的方式與對(duì)應(yīng)的主機(jī)端 I/O 棧通信。其中DSAL4.0_SSD 的數(shù)據(jù)/元數(shù)據(jù)及 NVMe 命令傳輸流程已在本文 2.3 節(jié)中詳細(xì)闡述。表 5-1 DSAL4.0 主要參數(shù)及軟硬件開發(fā)環(huán)境表相關(guān)參數(shù) 配置開發(fā)板型號(hào) xc7vx690tffg1930-2FPGA 型號(hào) Virtex-7DRAM 容量 2GBBRAM 容量 68MbPCIe 接口 PCIe 3.0 x8主頻 100MHz硬件開發(fā)環(huán)境 Xilinx Vivado2017.1軟件開發(fā)環(huán)境 Xilinx SDK2017.1
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP333

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本文編號(hào)：2591482