本文關鍵詞：失效盤優(yōu)先的高速緩存替換方案的設計與實現　出處：《華中科技大學》2013年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：高速緩沖存儲器對于平衡上層計算組件和底層存儲設備間的速度差異有著很重要的作用。有效的緩存管理方案不僅能夠提升上層計算組件的計算速度，還能夠降低訪問底層存儲設備的I/O次數。然而，現有的緩存替換算法僅考慮磁盤陣列在正常模式下的情況，而沒有考慮如何提高磁盤陣列在失效模式下的性能，例如在基于條帶的磁盤陣列存在失效盤的情況下，這些算法都不能使緩存發(fā)揮最優(yōu)的性能。 為了解決這一問題，提出了一種新型的緩存替換方案來提升由磁盤陣列和高速緩存構成的存儲系統(tǒng)的可靠性和讀寫性能，并將其命名為VDF（Victim Disk First）。VDF的基本思想是：當存在失效盤的情況下，給予失效盤上的數據塊更高的緩存優(yōu)先級，進而減少對失效盤的I/O請求數。由于對失效盤的一次請求會被RAID算法層轉化成為有效盤的多次請求，，因此減少對失效盤的I/O請求數，有利于降低失效模式下磁盤的總體訪問次數。另外，一個磁盤陣列的帶寬是有限的，通過VDF方案節(jié)省下來的帶寬可用于重構過程或被其他應用占用，這樣有利于提高磁盤陣列的可靠性和服務率。 為了驗證VDF的有效性，將VDF思想與LRU和LFU算法相結合，并分別命名為VDF-LRU和VDF-LFU。通過仿真實驗可以發(fā)現VDF-LFU最多可以降低42.3%的磁盤I/O數，而VDF-LRU最多能夠降低36.2%的磁盤I/O數。另外，將VDF算法運用到Linux內核中，使VDF與Linux內核中的頁緩存替換算法相結合。通過實驗可以看到，在重構模式下，VDF最多能夠降低17.2%的重構時間，在降級模式下，VDF最多能夠提升15.9%的系統(tǒng)吞吐率。
[Abstract]:Cache plays an important role in balancing the speed difference between the upper computing components and the underlying storage devices. An effective cache management scheme can not only improve the computing speed of the upper computing components. It can also reduce the number of I / O access to the underlying storage device. However, the existing cache replacement algorithms only consider the disk array in normal mode. However, no consideration is given to how to improve the performance of disk arrays in failure mode. For example, in the presence of disk diskettes based on strip arrays, none of these algorithms can make the cache perform optimally. In order to solve this problem, a new cache replacement scheme is proposed to improve the reliability and read and write performance of the storage system composed of disk array and cache. The basic idea of calling it VDF(Victim Disk First).VDF is to give a higher cache priority to the data block on the invalid disk when there is an invalid disk. And then reduce the number of I / O requests for the invalid disk. Because a request to the invalidation disk will be converted into a valid disk by the RAID algorithm layer, the number of I / O requests for the invalid disk will be reduced. In addition, the bandwidth of a disk array is limited, and the bandwidth saved by the VDF scheme can be used in the reconstruction process or occupied by other applications. This is helpful to improve the reliability and service rate of disk array. In order to verify the validity of VDF, the idea of VDF is combined with LRU and LFU algorithms. It is named VDF-LRU and VDF-LFU.Through simulation experiments, we can find that VDF-LFU can reduce the I / O number of disk by up to 42.3%. VDF-LRU can reduce the I / O number of disk by up to 36.2%. In addition, the VDF algorithm is applied to the Linux kernel. Combining VDF with page cache replacement algorithm in Linux kernel, we can see that in refactoring mode, the refactoring time can be reduced by 17.2% at most, and in downgrade mode. VDF can increase system throughput by up to 15.9%.
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TP333

【共引文獻】

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本文編號：1374573