基于閃存陣列的固態(tài)硬盤以其容量大、并發(fā)高以及可靠性強等特點,被廣泛應用于諸如云存儲平臺、數(shù)據(jù)中心等存儲系統(tǒng)中,以滿足大規(guī)模存儲時代日益增長的數(shù)據(jù)信息需求。然而,一方面由于I/O競爭、垃圾回收等方面的限制,導致閃存陣列芯片利用率不高,嚴重影響著整個閃存陣列的I/O性能。另一方面,MLC/TLC等存儲技術雖然提升了整個閃存芯片的容量,但卻犧牲了其可靠性,故而保持閃存陣列容錯特性也迫在眉睫。一種新的趨勢是閃存陣列采用芯片級RAID-5以確保容錯能力,以此來兼顧閃存陣列的高性能及高可靠性。在此場景中,由于校驗塊的存在會導致更多讀寫I/O操作,從而使得I/O競爭現(xiàn)象更為嚴重。如何緩解I/O競爭提升閃存I/O性能是閃存陣列存儲系統(tǒng)的關鍵性問題之一。本文主要研究了基于RAID-5編碼的容錯閃存陣列存儲系統(tǒng)中I/O性能優(yōu)化問題,具體包括緩解閃存陣列設備層的讀寫I/O競爭、緩解閃存陣列控制層的垃圾回收I/O與寫I/O競爭以及閃存陣列應用層擴容過程的優(yōu)化。其主要研究內容與貢獻如下:1)緩解閃存陣列系統(tǒng)I/O競爭以優(yōu)化陣列讀性能。閃存陣列內部的I/O競爭問題使其讀性能嚴重惡化,并不能充分發(fā)揮其并行性。為緩解...

【文章頁數(shù)】：103 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１?ＲＡＩＤ－５陣列系統(tǒng)??

并且通過陣列系統(tǒng)控制層根據(jù)其邏輯地址來并發(fā)地寫入其對應的陣列設??備中。在用戶讀取數(shù)據(jù)時亦可通過陣列系統(tǒng)控制層在相應的設備上進行多通道并??發(fā)地讀取。在圖１．１中，山表示一塊具體的數(shù)據(jù)塊，其中下標１表示其邏輯地址??為１〇??校驗塊：校驗塊（ＰａｒｉｔｙＣｈｕｎｋ）是由同一條帶內....

圖１．２主要展示了由８塊閃存芯片所組成固態(tài)硬盤的物理架構以及閃存芯片??

成為陣列系統(tǒng)Ｉ／Ｏ性能的瓶頸。??ＲＡＩＤ－５：?ＲＡＩＤ－５在ＲＡＩＤ－４的基礎上，將校驗塊數(shù)據(jù)以輪轉的方式存在各??個設備盤上。如圖１．１所示，ＲＡＩＤ－５每個設備盤含有幾乎相同數(shù)量的校驗塊數(shù)??據(jù)，以此規(guī)避ＲＡＩＤ－４陣列系統(tǒng)的Ｉ／Ｏ瓶頸問題。ＲＡＩＤ－５存儲效率為（Ｎ－ｌ....

圖１．３閃存存儲單元內部微觀結構??

以說主控單元模塊是整個閃存固態(tài)硬盤的靈魂。??存儲芯片單元棋塊主要由一系列閃存芯片組成。通常整個閃存芯片陣列會分??成若干通道（Ｃｈａｎｎｅｌ），同一通道內的閃存芯片共享一條數(shù)據(jù)總線，如圖１．２中，??八個芯片共分成四個通道，每兩個芯片共享一條數(shù)據(jù)總線。閃存固態(tài)硬盤通常以??流水....

圖１．４本文主要研究內容及其內在聯(lián)系??■延緩閃存陣列系統(tǒng)的垃圾回收以優(yōu)化陣列寫性能

針對上述閃存容錯陣列系統(tǒng)面臨的諸多新挑戰(zhàn)，本文從陣列系統(tǒng)的三個不同??層次來對閃存容錯陣列系統(tǒng)的Ｉ／Ｏ性能優(yōu)化問題開展研宄，主要研宄內容及其內??在聯(lián)系如圖１．４所示。其具體研宄內容與主要貢獻可被概括為：緩解閃存陣列設??備層的讀寫Ｉ／Ｏ競爭以提供穩(wěn)定高效的閃存陣列讀性能、緩解閃....

本文編號：3927734