本文關(guān)鍵詞：EnhanceIO實(shí)現(xiàn)原理與改進(jìn)方案研究

  更多相關(guān)文章： 混合存儲(chǔ)系統(tǒng) EnhanceIO 緩存替換算法 順序讀寫過濾

【摘要】：混合存儲(chǔ)系統(tǒng)解決了以傳統(tǒng)機(jī)械硬盤為主的存儲(chǔ)系統(tǒng)性能不佳,使用固態(tài)硬盤替換機(jī)械硬盤成本又過高的問題,具有很高的應(yīng)用價(jià)值。EnhanceIO是由STEC公司開發(fā),應(yīng)用于Linux平臺(tái)下的一款開源混合儲(chǔ)存系統(tǒng)軟件,在內(nèi)核空間實(shí)現(xiàn)了處理應(yīng)用程序數(shù)據(jù)讀寫請求的塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序,對存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能有顯著提升。論文闡述了混合存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要的關(guān)鍵技術(shù),詳細(xì)分析了EnhanceIO系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理,提出并完成對其改進(jìn)方案。一方面,EnhanceIO系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的三種緩存替換算法中,隨機(jī)替換算法完全沒有考慮緩存中數(shù)據(jù)塊的歷史使用情況,先入先出替換算法只考慮緩存中數(shù)據(jù)塊加入緩存的先后順序,最近最少使用替換算法只考慮緩存中數(shù)據(jù)塊的最近使用情況。由于沒有綜合考慮緩存中數(shù)據(jù)塊的訪問時(shí)間和訪問頻率,不能對存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問模式做出很好的判斷和預(yù)測,這三種替換算法的緩存命中率還有提升空間。論文在最近最少使用替換算法的基礎(chǔ)上,使用兩條最近最少使用鏈表,即一條低頻訪問鏈表和一條高頻訪問鏈表,實(shí)現(xiàn)了綜合考慮訪問時(shí)間和訪問頻率特性的替換算法。另一方面,EnhanceIO系統(tǒng)沒有區(qū)分讀寫請求類型,對于隨機(jī)讀寫請求和順序讀寫請求都會(huì)進(jìn)行緩存。磁盤掃描和文件拷貝等大數(shù)據(jù)量、低頻率的順序讀寫,會(huì)給整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)的讀寫性能造成波動(dòng)。固態(tài)硬盤相對于機(jī)械硬盤,在隨機(jī)讀寫速度上的優(yōu)勢比順序讀寫速度上的優(yōu)勢更加明顯。區(qū)分讀寫請求的類型,優(yōu)先對隨機(jī)讀寫請求進(jìn)行緩存,會(huì)對存儲(chǔ)系統(tǒng)性能帶來更大的提升。針對這一問題,論文在EnhanceIO系統(tǒng)中加入了順序讀寫過濾功能。通過對測試結(jié)果的分析,改進(jìn)的替換算法相比于原最近最少使用替換算法,緩存命中率提高3.42%,帶來存儲(chǔ)系統(tǒng)性能的提升。分別表現(xiàn)為,隨機(jī)讀測試,讀性能提升6.94%；隨機(jī)寫測試,寫性能提升4.29%；隨機(jī)讀寫測試,讀性能提升5.52%,寫性能提升4.48%。在有大量連續(xù)數(shù)據(jù)訪問的應(yīng)用場景中,順序讀寫過濾功能的加入,能夠有效防止緩存中有用數(shù)據(jù)塊被淘汰,使得存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能更加穩(wěn)定。
【關(guān)鍵詞】：混合存儲(chǔ)系統(tǒng) EnhanceIO 緩存替換算法 順序讀寫過濾
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP333
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 縮略語對照表10-14
• 第一章 緒論14-18
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 混合存儲(chǔ)技術(shù)研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 論文研究內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu)16-18
• 第二章 混合存儲(chǔ)系統(tǒng)18-30
• 2.1 相關(guān)儲(chǔ)存介質(zhì)特性18-22
• 2.1.1 機(jī)械硬盤18-20
• 2.1.2 固態(tài)硬盤20-22
• 2.2 混合存儲(chǔ)系統(tǒng)介紹22-24
• 2.2.1 計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)22-23
• 2.2.2 混合存儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理23-24
• 2.3 混合存儲(chǔ)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)24-25
• 2.3.1 讀寫請求處理24
• 2.3.2 高速緩存技術(shù)的使用24-25
• 2.4 高速緩存的設(shè)計(jì)25-29
• 2.4.1 緩存地址26
• 2.4.2 緩存容量26
• 2.4.3 映射功能26-27
• 2.4.4 替換算法27-28
• 2.4.5 寫策略28
• 2.4.6 緩存塊大小28-29
• 2.4.7 緩存數(shù)目29
• 2.4.8 緩存存儲(chǔ)索引29
• 2.5 本章小結(jié)29-30
• 第三章 EnhanceIO實(shí)現(xiàn)原理30-44
• 3.1 EnhanceIO概述30-34
• 3.1.1 Linux塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)介紹30-33
• 3.1.2 EnhanceIO系統(tǒng)工作流程33-34
• 3.2 EnhanceIO系統(tǒng)框架34-39
• 3.2.1 內(nèi)核空間實(shí)現(xiàn)34-37
• 3.2.2 用戶空間配置37-39
• 3.3 EnhanceIO主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)39-40
• 3.4 EnhanceIO替換算法40-42
• 3.4.1 最近最少使用替換算法40-41
• 3.4.2 先入先出替換算法41-42
• 3.4.3 隨機(jī)替換算法42
• 3.5 本章小結(jié)42-44
• 第四章 EnhanceIO系統(tǒng)改進(jìn)44-50
• 4.1 替換算法不足44
• 4.2 替換算法改進(jìn)44-47
• 4.2.1 主要改進(jìn)思路44-45
• 4.2.2 改進(jìn)替換算法的實(shí)現(xiàn)45-47
• 4.3 順序讀寫過濾47-49
• 4.3.1 順序讀寫過濾作用47
• 4.3.2 順序讀寫過濾實(shí)現(xiàn)方法47-49
• 4.4 本章小結(jié)49-50
• 第五章 系統(tǒng)性能測試與結(jié)果分析50-56
• 5.1 測試環(huán)境50-51
• 5.1.1 系統(tǒng)環(huán)境與測試工具50
• 5.1.2 fio介紹50-51
• 5.2 性能測試與對比51-53
• 5.2.1 測試方法及測試參數(shù)51-52
• 5.2.2 存儲(chǔ)介質(zhì)讀寫性能52
• 5.2.3 改進(jìn)前后替換算法性能對比52-53
• 5.2.4 順序讀寫過濾測試53
• 5.3 測試結(jié)果分析53-55
• 5.4 本章小結(jié)55-56
• 第六章 總結(jié)與展望56-60
• 6.1 論文總結(jié)56-57
• 6.2 研究展望57-60
• 參考文獻(xiàn)60-62
• 致謝62-64
• 作者簡介64

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