面向閃存存儲系統(tǒng)的緩沖區(qū)管理與存儲管理研究.pdf

1、閃存首先由東芝公司于1984年提出，此后因特爾公司和日立公司相繼推出其產(chǎn)品。閃存由于性能更好、體積小、抗震以及低功耗等優(yōu)良特點已廣泛應用于移動設備和嵌入式設備，隨著其容量的不斷增大和云計算的要求，閃存將在海量數(shù)據(jù)處理中發(fā)揮重要作用，如近幾年來推出的服務器閃存、全閃存陣列等產(chǎn)品將廣泛應用于企業(yè)級服務器和數(shù)據(jù)中心。然而由于閃存的介質(zhì)特性和I/O特點與磁盤迥異，因此針對復雜應用環(huán)境下大容量閃存的數(shù)據(jù)存儲管理、緩沖區(qū)管理、數(shù)據(jù)索引將成為新的研究

2、熱點。其中閃存存儲管理是研究根基，不同的存儲管理對閃存的性能、空間利用率及壽命有重要的影響。緩沖區(qū)管理作為又一個提高閃存性能和壽命的有效而重要的手段也在學術界和工業(yè)界受到了較多關注。
　　 雖然目前的閃存存儲管理都在各自的領域解決了一定的問題，如或優(yōu)化I/O性能、或優(yōu)化閃存壽命、或者解決磨損平衡問題，但是大部分并沒有充分的利用閃存，尤其在針對塊內(nèi)頁數(shù)較多的大容量閃存時，閃存的空間利用率會進一步降低，從而會進一步加重使用閃存，對其

3、壽命和性能帶來影響。針對閃存的緩沖區(qū)管理，目前的研究中緩沖區(qū)的置換策略和寫回策略大都是固定的，而在復雜的企業(yè)級環(huán)境中由于數(shù)據(jù)訪問一致性較差，容易造成緩沖區(qū)不能及時反應I/O訪問模式的變化;而且算法設計僅停留在緩沖區(qū)的層次，由于閃存的存儲狀況往往會影響I/O響應速度，進而對緩沖區(qū)的性能和閃存的壽命帶來影響，因此應對復雜應用環(huán)境的緩沖區(qū)設計應考慮更多因素。
　　 本文對目前閃存存儲系統(tǒng)的研究成果進行了總結，分析了其中關鍵設計問題，針

4、對復雜應用環(huán)境下的大容量閃存設備，在緩沖區(qū)管理、閃存空間利用率優(yōu)化兩方面進行了研究，并提出相應的解決方案。具體而言，本文的主要工作如下:
　　 (1)本文提出一種基于閃存的自適應的混合粒度聚簇的緩沖區(qū)算法h-Buffer。算法在設計過程中從整個閃存存儲系統(tǒng)的高度充分與應用環(huán)境和閃存存儲管理結合起來，同時考慮緩沖區(qū)命中率、I/O負載狀況，及即時的閃存存儲狀況;并將置換策略和寫回策略動態(tài)化。實驗表明h-Buffer在性能和閃存壽命方