基于SSD的HDD緩存系統(tǒng)研究.pdf

1、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，對(duì)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)的容量和性能提出了非常高的要求。固態(tài)硬盤(pán)的出現(xiàn)，從一定程度上滿足了這一需求，但在實(shí)際應(yīng)用中，固態(tài)硬盤(pán)對(duì)系統(tǒng)性能提升所能發(fā)揮的作用，并未得到完全釋放。
　　固態(tài)硬盤(pán)，作為一種出現(xiàn)相對(duì)較晚的存儲(chǔ)介質(zhì)，已經(jīng)逐漸被部署到數(shù)據(jù)中心的存儲(chǔ)陣列中。相比于機(jī)械硬盤(pán)，固態(tài)硬盤(pán)有著體積小、功耗低以及訪問(wèn)速度快的優(yōu)勢(shì)。但固態(tài)硬盤(pán)的高昂價(jià)格和相對(duì)較低的存儲(chǔ)密度，使其難以在短時(shí)間內(nèi)完全取代傳統(tǒng)的機(jī)械硬盤(pán)。在許多存儲(chǔ)

2、中心，同時(shí)部署著固態(tài)硬盤(pán)和機(jī)械硬盤(pán)，且只有部分存儲(chǔ)空間被用作存儲(chǔ)。筆者認(rèn)為，如果能將未使用的固態(tài)硬盤(pán)空間用作機(jī)械硬盤(pán)的緩存，系統(tǒng)IO性能將會(huì)因此而得到提升。
　　針對(duì)固態(tài)硬盤(pán)和機(jī)械硬盤(pán)共存于數(shù)據(jù)中心，但性能卻沒(méi)有得到充分發(fā)揮這一現(xiàn)狀，本論文提出了一種基于固態(tài)硬盤(pán)的機(jī)械硬盤(pán)緩存系統(tǒng)解決方案：該方案使用固態(tài)硬盤(pán)的存儲(chǔ)空間作為機(jī)械硬盤(pán)的緩存，通過(guò)實(shí)現(xiàn)多種緩存管理算法，提升存儲(chǔ)系統(tǒng)的IO性能。
　　解決方案中基于數(shù)據(jù)局部性原理的緩存

3、管理算法，在系運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)在冷數(shù)據(jù)保持不變的前提下，將訪問(wèn)頻繁的熱數(shù)據(jù)由機(jī)械硬盤(pán)逐塊拷貝至固態(tài)硬盤(pán)，這樣會(huì)降低再次訪問(wèn)熱數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)延遲。緩存系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了LRU、LFU以及一種論文改進(jìn)的緩存頁(yè)面替換算法。改進(jìn)的緩存頁(yè)面替換算法綜合考慮了緩存塊的訪問(wèn)時(shí)間和訪問(wèn)頻度因素，命中率高且算法時(shí)間和空間復(fù)雜度低。用戶利用配置工具，可指定哪個(gè)固態(tài)硬盤(pán)卷用作緩存空間、以及去緩存哪一塊機(jī)械硬盤(pán)。最終實(shí)現(xiàn)的Windows?存儲(chǔ)卷過(guò)濾器驅(qū)動(dòng)程序，提供寫(xiě)穿和寫(xiě)

4、回兩種緩存運(yùn)行模式。兩模式的不同在于，寫(xiě)穿模式只緩存讀請(qǐng)求，寫(xiě)回模式既緩存讀又緩存寫(xiě)請(qǐng)求。
　　為進(jìn)一步優(yōu)化性能提升效果，緩存系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了對(duì)超長(zhǎng)緩存塊的支持：支持大于讀寫(xiě)請(qǐng)求對(duì)齊長(zhǎng)度的緩存塊。從而達(dá)到減少大尺寸讀、寫(xiě)請(qǐng)求所所必須的緩存查詢次數(shù)，提升數(shù)據(jù)拷貝效率的目的。
　　論文實(shí)現(xiàn)的固態(tài)硬盤(pán)緩存系統(tǒng)不僅能夠充分發(fā)揮固態(tài)硬盤(pán)的性能，而且避免了存儲(chǔ)系統(tǒng)向全固態(tài)硬盤(pán)遷移所帶來(lái)的高昂成本。經(jīng)測(cè)試，由固態(tài)硬盤(pán)緩存的機(jī)械硬盤(pán)將會(huì)有2-3