基于Linux的混合存儲系統(tǒng)Bcache的研究與改進.pdf

1、隨著我們步入大數(shù)據(jù)時代，數(shù)據(jù)量、服務(wù)器量不斷增長，對存儲系統(tǒng)的增長趨向大容量、低成本和高性能。然而，若是單獨介質(zhì)的存儲系統(tǒng)，機械硬盤、固態(tài)硬盤或是非易失隨機存儲器都有不同的限制，不能滿足我們需要的存儲系統(tǒng)。機械硬盤容量大，價格低，然而讀寫性能差，固態(tài)硬盤則剛好與機械硬盤相反，讀寫速度快，尤其是隨機性能非常優(yōu)秀，非易失性隨機存儲器的劣勢在于價格過高。在尚未發(fā)現(xiàn)滿足容量、價格和性能的存儲介質(zhì)前，混合存儲能充分利用機械硬盤和固態(tài)硬盤的的特性組

2、成高效的存儲系統(tǒng)，既有超大的容量，又能在保持合理的成本的前提下，顯著提高存儲系統(tǒng)性能。開源框架Bcache就是一種混合存儲技術(shù)的實現(xiàn)，利用高速固態(tài)硬盤給慢速的機械硬盤加速，平衡了系統(tǒng)的成本和需求。
　　本文首先介紹了混合存儲技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展歷程，然后分析了混合存儲中的關(guān)鍵技術(shù)，接下來深入研究了兩種基于Linux的混合存儲系統(tǒng)的算法Flashcache和Bcache。Flashcache算法是利用Linux設(shè)備映射機制實現(xiàn)的，

3、Bcache算法將SSD和HDD虛擬成一個虛擬設(shè)備，提供給上層使用。從緩存映射策略、緩存替換策略、讀寫處理流程和清理緩存的垃圾回收機制這四個方面詳細分析了兩種算法。最后，對兩種算法進行仿真實驗，并且通過實驗驗證Bcache算法優(yōu)于Flashcache算法。
　　在分析了Bcache具體實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，針對Bcache算法中存在的一些缺陷，并行中的競爭與調(diào)度、回寫速率調(diào)整、回寫延遲過長、隨機讀性能的瓶頸等問題，本章提出了一種改進的Bc

4、ache算法來解決上述缺陷。針對系統(tǒng)的并行性問題，對B+樹的鎖機制做了優(yōu)化，增加了基于線程池的優(yōu)化隊列，提高了線程并行程度并且減小了線程之間切換浪費的系統(tǒng)資源。對于回寫中存在的問題，對回寫速率的控制算法進行了優(yōu)化，提出結(jié)合了指數(shù)加權(quán)平均算法和PID控制算法的改進的速率控制算法，同時提出一種新的方法解決了回寫過程中IO延遲過大的問題。對于Bcache隨機讀性能的瓶頸，設(shè)計了一種高效且安全的頁高速緩存機制并給出了實現(xiàn)，可以大幅提高隨機讀性能