隨著信息科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,人們對(duì)海量信息存儲(chǔ)的需求日益增長(zhǎng), CPU的處理速度和存儲(chǔ)設(shè)備I/O處理速度之間的差距越來(lái)越大,磁盤(pán)I/O成為影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的主要因素。為了彌補(bǔ)兩者處理速度的巨大差異,盤(pán)陣列系統(tǒng)中加入了Cache來(lái)緩存并管理數(shù)據(jù),以盡可能減少讀寫(xiě)磁盤(pán)的開(kāi)銷(xiāo),縮短I/O請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)間,從而提高存儲(chǔ)系統(tǒng)的I/O性能。如何合理地組織與管理Cache,發(fā)揮其最大效益,使得整個(gè)系統(tǒng)高效快速的運(yùn)行,一直是存儲(chǔ)界研究的熱門(mén)課題。 提升Cache性能關(guān)鍵是要提高Cache的命中率,減少頁(yè)面I/O時(shí)間。而合理的Cache組織和調(diào)度策略,是提高查找效率和命中率的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)了使用基樹(shù)(Radix Tree)Cache,可實(shí)現(xiàn)快速定位,縮短檢索時(shí)間;并在最近最少使用調(diào)度算法基礎(chǔ)上,利用空間局部性,將地址相鄰的Cache動(dòng)態(tài)分組,改進(jìn)Cache替換策略,利用優(yōu)化預(yù)取策略、回寫(xiě)策略,提高Cache命中率,減少I(mǎi)O時(shí)間,提升數(shù)據(jù)讀寫(xiě)速度。Cache分組思想是對(duì)于Cache的操作都在分組上實(shí)現(xiàn),當(dāng)有數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)命中時(shí),根據(jù)空間局部原理,分組內(nèi)其他Cache塊與命中Cache塊地址接近,在將來(lái)可能會(huì)被訪(fǎng)問(wèn),所以將整個(gè)分組內(nèi)的Cache全部提到隊(duì)列前面。這樣一方面可以提高Cache的命中率,另外一方面還可以保持Cache地址連續(xù)性,Cache回寫(xiě)時(shí)以分組為單位,連續(xù)寫(xiě)回磁盤(pán)時(shí)有效地減少磁頭物理尋道與旋轉(zhuǎn)時(shí)間,進(jìn)而減少I(mǎi)O時(shí)間。同時(shí)對(duì)于多用戶(hù)數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)造成的數(shù)據(jù)隨機(jī)性,通過(guò)分組搜索可以有效分離出每個(gè)用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)的順序性數(shù)據(jù)。系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果顯示分組Cache優(yōu)化可以有效提高Cache命中率和IO訪(fǎng)問(wèn)速度。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類(lèi)】：TP333
【部分圖文】：

對(duì)外提供連續(xù)服務(wù)。盤(pán)陣列雙控制器環(huán)境的硬件架構(gòu)圖，通過(guò)千兆網(wǎng)卡 協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)兩臺(tái) PC 服務(wù)器與后中采用兩臺(tái) PC 服務(wù)器模擬實(shí)現(xiàn)控制器的所有功能SCSI 通道，雙控制器之間的狀態(tài)檢測(cè)，Cache 系統(tǒng)的等。制器盤(pán)陣列的軟件結(jié)構(gòu)

采用基樹(shù)結(jié)構(gòu)組織 Cache 塊[28]。通過(guò)對(duì)基樹(shù)的研究發(fā)現(xiàn)，這種組具有查找效率高，可擴(kuò)展性好，并且充分考慮了局部性原理。2.2.1 基樹(shù)基樹(shù)(radix tree)[30]，每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)分支，它充分考慮檢索對(duì)象特一種檢索數(shù)值范圍很大的搜索樹(shù)�；鶚�(shù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含 64 位的指針數(shù)組，如果中間節(jié)點(diǎn)，那么每一個(gè)指針都是指向下一層的孩子節(jié)點(diǎn)，如果是底層節(jié)點(diǎn)，個(gè)指針都指向一個(gè) Cache 塊。Radix Tree 的檢索采用索引值分段定位的方法，將索引值按 6bit 分段，如的深度為 1，可檢索 0~63 范圍的索引值，索引值為 6bit，這 6 位表示的數(shù)值即數(shù)組的下標(biāo)，slots[0]~slots[63]指向第一層節(jié)點(diǎn)所掛的頁(yè)描述符指針。如果基度為 2，可檢索 0~4095 范圍的索引值，索引的低 12 位分成兩個(gè) 6bit 段，高位用于表示第一層節(jié)點(diǎn) slots 數(shù)組的下標(biāo)，而低位字段用于表示第二層節(jié)點(diǎn) slots下標(biāo)，以此類(lèi)推。

命中Cache

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2823379