發(fā)布時間：2021-09-22 03:13

　　研究并實現(xiàn)面向NVMe SSD的用戶態(tài)高性能共享式文件系統(tǒng)（UHSFS）,并提出簡單彈性的數(shù)據(jù)布局技術、多粒度IO隊列彈性分離技術以及多用戶共享內(nèi)存架構(gòu),這些關鍵技術能夠顯著地提升元數(shù)據(jù)的操作性能和IO處理能力,并且實現(xiàn)用戶態(tài)文件系統(tǒng)的共享訪問。實驗結(jié)果表明,與UNFS,NVFUSE,BLOBFS和BLUEFS等用戶態(tài)文件系統(tǒng)相比,UHSFS的元數(shù)據(jù)操作性能和Filebench綜合負載性能最優(yōu);IO隊列分離技術能夠大幅度地提升吞吐量;與F2FS, XFS, Ext4等內(nèi)核態(tài)文件系統(tǒng)相比, UHSFS同樣表現(xiàn)出性能優(yōu)勢。 

【文章來源】：北京大學學報(自然科學版). 2020,56(06)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

UHSFS文件系統(tǒng)布局

2)大小分離。大負載順序?qū)懻埱蟮男阅茱@著好于小負載隨機寫請求。在文件系統(tǒng)中,由于文件大小的不同、分配數(shù)據(jù)塊的不連續(xù)性以及上層應用發(fā)出請求的不確定性,可能在底層IO提交隊列產(chǎn)生不同負載類型的寫請求相混合的情況。例如,當小文件頻繁更新時,會產(chǎn)生大量碎片化的隨機寫請求,當這些隨機4 KB寫請求與大頁面的2 MB順序?qū)懻埱笙嗷旌蠒r,可能降低文件系統(tǒng)的性能。Lu等[26]的研究表明,將不同大小的負載進行分離能有效地降低寫放大,并提高性能。本文利用NVMe多隊列特性,將UHSFS大負載的順序?qū)懻埱蠛托∝撦d的隨機寫請求分離。為了使得各IO的總體時間延遲T最小,本文提出式(1),即求得Diq來判斷將當前IO放至哪個隊列中。

其中,Ej表示共享內(nèi)存中第j個文件換出的指標,指標越大,表示越應該換出;Sj表示共享內(nèi)存中第j個文件的大小;T表示一段時間周期;tji表示共享內(nèi)存中第j個文件,在T時間周期內(nèi),在時間i內(nèi),最近未被使用的時間;Rji表示共享內(nèi)存中第j個文件,在T時間周期內(nèi),在時間i內(nèi)的相關系數(shù),Rji=Mji/N,N為總進程數(shù),Mji為在時間i內(nèi),對第j個文件有操作的進程的數(shù)量。α表示LRU參數(shù),根據(jù)歷史統(tǒng)計獲取;β表示相關性參數(shù),根據(jù)歷史統(tǒng)計獲取;γ表示全相關參數(shù),取一個很小的數(shù)值,為避免1-Rji為0,根據(jù)歷史統(tǒng)計獲取。除在進程間利用共享內(nèi)存外,本文還提出更細粒度的,非統(tǒng)一內(nèi)存訪問(non-uniform memory access architecture,NUMA)內(nèi)的共享內(nèi)存,用來解決跨NUMA內(nèi)存接觸和訪問NVMe設備的高延時問題。管理進程將負責請求處理的工作線程綁定在與NVMe設備同NUMA節(jié)點的CPU上,此外,管理進程使用一個全局預分配的同NUMA節(jié)點的內(nèi)存池作為數(shù)據(jù)緩沖。對于特定的NVMe設備,工作線程是唯一的,僅從同NUMA節(jié)點內(nèi)存池中分配讀寫緩沖區(qū)。因此,緩存命中率得以進一步提升,對文件元數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)的操作也可以在無鎖的情況下完成,降低了CPU開銷。請求隊列的存在也為進一步的IO優(yōu)化提供了契機。總之,管理進程通過為每個NVMe SSD分配一個同NUMA的工作線程,實現(xiàn)簡潔高效的請求處理。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]閃存存儲系統(tǒng)綜述[J]. 陸游游,舒繼武.  計算機研究與發(fā)展. 2013(01)



本文編號：3403021