閃存友好型文件系統(tǒng)性能優(yōu)化技術(shù)的設(shè)計(jì)
發(fā)布時(shí)間：2021-07-07 09:26
閃存友好型文件系統(tǒng)（F2FS）是Linux諸多文件系統(tǒng)中專門為改善閃存存儲(chǔ)設(shè)備性能而設(shè)計(jì)的新型文件系統(tǒng)。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),F2FS文件系統(tǒng)將閃存存儲(chǔ)設(shè)備的特點(diǎn)作為關(guān)鍵的決定因素,從而取得了顯著的I/O性能提升�，F(xiàn)有的研究指出,在SATA SSD與PCIe SSD兩種主流的閃存存儲(chǔ)設(shè)備上,與傳統(tǒng)的EXT4文件系統(tǒng)相比,F2FS文件系統(tǒng)分別取得了2.5倍（SATA SSD）和1.8倍（PCIe SSD）的I/O性能提升[1]。因此,F2FS文件系統(tǒng)得到了越來越廣泛的關(guān)注與應(yīng)用。然而,隨著研究工作逐漸深入,我們發(fā)現(xiàn)F2FS文件系統(tǒng)在順序讀性能、后臺(tái)段清理機(jī)制以及檢查點(diǎn)創(chuàng)建機(jī)制三個(gè)方面存在缺陷。本文針對(duì)這三個(gè)問題,展開了深入的問題分析并對(duì)性能優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行了探索,主要完成了以下三方面的工作:首先,我們通過分析指出了數(shù)據(jù)碎片化現(xiàn)象是導(dǎo)致F2FS文件系統(tǒng)順序讀性能下降的主要原因。針對(duì)這個(gè)問題,我們提出了一種多級(jí)閾值同步寫技術(shù)。該技術(shù)通過讀取無效數(shù)據(jù)塊的數(shù)量,判斷系統(tǒng)的碎片化程度,動(dòng)態(tài)的進(jìn)行同步寫操作寫入模式的選擇。由于一部分?jǐn)?shù)據(jù)采用了就地更新模式進(jìn)行寫入,本方案有效的緩解了系統(tǒng)...
【文章來源】：重慶大學(xué)重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：66 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
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圖 1.2 閃存存儲(chǔ)單元Fig.1.2 Structure of flash storage cell存存儲(chǔ)單元由控制門（Control Gate）以及浮置柵極（Floati柵極上下端，分別置有氧化絕緣層。浮置柵極中能夠存儲(chǔ)端有氧化絕緣層的保護(hù)，存儲(chǔ)在其中的電荷不會(huì)溢出。每量即可以表示數(shù)據(jù)的信息[22][26]。閃存存儲(chǔ)設(shè)備將多個(gè)存儲(chǔ)單元組織在一起，構(gòu)成一個(gè)頁（P 4KB，將 128 個(gè)頁組織在一起構(gòu)成一個(gè)塊（Block）。在每頁和塊是基本的邏輯布局單元。其中，頁是閃存存儲(chǔ)器讀塊是閃存存儲(chǔ)器擦除操作的基本單位。此外，在頁、塊之多級(jí)布局單元,由下至上分別是分組（Plane）、晶圓（Die）、芯nnel）[23]。高性能的閃存存儲(chǔ)設(shè)備具有的通道和芯片數(shù)量更理能力更強(qiáng)。儲(chǔ)原理以及布局結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)的磁盤不同，閃存存儲(chǔ)設(shè)備的
周期（P/E Cycle）衡量，通常每個(gè)存儲(chǔ)單元的使用壽命在 100,000 次編程/擦除周期左右。1.2.3 閃存友好型文件系統(tǒng)簡(jiǎn)介閃存友好型文件系統(tǒng)（F2FS 文件系統(tǒng)）是 Linux 諸多文件系統(tǒng)中專門為改善閃存存儲(chǔ)設(shè)備性能而設(shè)計(jì)的新型文件系統(tǒng)。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，F(xiàn)2FS 文件系統(tǒng)將閃存存儲(chǔ)設(shè)備的特點(diǎn)作為關(guān)鍵的決定因素，取得了顯著的 I/O 性能提升�，F(xiàn)有的研究指出，在 SATA SSD 與 PCIe SSD 兩種主流的閃存存儲(chǔ)設(shè)備上，與傳統(tǒng)的 EXT4文件系統(tǒng)相比，F(xiàn)2FS 文件系統(tǒng)分別取得了 2.5 倍（SATASSD）和 1.8 倍（PCIe SSD）的I/O性能提升[1]。本小節(jié)將對(duì)F2FS文件系統(tǒng)的布局結(jié)構(gòu)以及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行介紹。1.2.3.1 F2FS 文件系統(tǒng)布局結(jié)構(gòu)圖 1.3[1]所示的是 F2FS 文件系統(tǒng)的布局結(jié)構(gòu)。段（Segment）是 F2FS 文件系統(tǒng)最基本的數(shù)據(jù)管理單元，整個(gè)系統(tǒng)空間被分為多個(gè)段，每個(gè)段中包含了 512 個(gè)4KB 的數(shù)據(jù)塊（Block），共 2MB 的連續(xù)空間。連續(xù)的段組成一個(gè)節(jié)(Section)，連續(xù)的節(jié)組成一個(gè)區(qū)（Zone）。
本文編號(hào)：3269380
【文章來源】：重慶大學(xué)重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：66 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
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圖 1.2 閃存存儲(chǔ)單元Fig.1.2 Structure of flash storage cell存存儲(chǔ)單元由控制門（Control Gate）以及浮置柵極（Floati柵極上下端，分別置有氧化絕緣層。浮置柵極中能夠存儲(chǔ)端有氧化絕緣層的保護(hù)，存儲(chǔ)在其中的電荷不會(huì)溢出。每量即可以表示數(shù)據(jù)的信息[22][26]。閃存存儲(chǔ)設(shè)備將多個(gè)存儲(chǔ)單元組織在一起，構(gòu)成一個(gè)頁（P 4KB，將 128 個(gè)頁組織在一起構(gòu)成一個(gè)塊（Block）。在每頁和塊是基本的邏輯布局單元。其中，頁是閃存存儲(chǔ)器讀塊是閃存存儲(chǔ)器擦除操作的基本單位。此外，在頁、塊之多級(jí)布局單元,由下至上分別是分組（Plane）、晶圓（Die）、芯nnel）[23]。高性能的閃存存儲(chǔ)設(shè)備具有的通道和芯片數(shù)量更理能力更強(qiáng)。儲(chǔ)原理以及布局結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)的磁盤不同，閃存存儲(chǔ)設(shè)備的
周期（P/E Cycle）衡量，通常每個(gè)存儲(chǔ)單元的使用壽命在 100,000 次編程/擦除周期左右。1.2.3 閃存友好型文件系統(tǒng)簡(jiǎn)介閃存友好型文件系統(tǒng)（F2FS 文件系統(tǒng)）是 Linux 諸多文件系統(tǒng)中專門為改善閃存存儲(chǔ)設(shè)備性能而設(shè)計(jì)的新型文件系統(tǒng)。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，F(xiàn)2FS 文件系統(tǒng)將閃存存儲(chǔ)設(shè)備的特點(diǎn)作為關(guān)鍵的決定因素，取得了顯著的 I/O 性能提升�，F(xiàn)有的研究指出，在 SATA SSD 與 PCIe SSD 兩種主流的閃存存儲(chǔ)設(shè)備上，與傳統(tǒng)的 EXT4文件系統(tǒng)相比，F(xiàn)2FS 文件系統(tǒng)分別取得了 2.5 倍（SATASSD）和 1.8 倍（PCIe SSD）的I/O性能提升[1]。本小節(jié)將對(duì)F2FS文件系統(tǒng)的布局結(jié)構(gòu)以及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行介紹。1.2.3.1 F2FS 文件系統(tǒng)布局結(jié)構(gòu)圖 1.3[1]所示的是 F2FS 文件系統(tǒng)的布局結(jié)構(gòu)。段（Segment）是 F2FS 文件系統(tǒng)最基本的數(shù)據(jù)管理單元，整個(gè)系統(tǒng)空間被分為多個(gè)段，每個(gè)段中包含了 512 個(gè)4KB 的數(shù)據(jù)塊（Block），共 2MB 的連續(xù)空間。連續(xù)的段組成一個(gè)節(jié)(Section)，連續(xù)的節(jié)組成一個(gè)區(qū)（Zone）。
本文編號(hào)：3269380
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