基于飛騰處理器的存儲系統(tǒng)IO調(diào)度優(yōu)化.pdf

1、隨著處理芯片計算速度的不斷增長，存儲技術(shù)逐漸成為制約計算機系統(tǒng)進一步發(fā)展的瓶頸，存儲墻成為計算機系統(tǒng)難以突破的性能壁壘。因此，存儲系統(tǒng)的效率問題成為計算機界公認的熱點和難點問題。固態(tài)硬盤憑借其固有的穩(wěn)定、高效等諸多優(yōu)點成為計算機系統(tǒng)進一步提高存儲效率的不二選擇。計算機系統(tǒng)軟件中文件系統(tǒng)層，通用塊層以及I/O調(diào)度層中都融入了許多針對機械硬盤的優(yōu)化方案。簡單的將計算機機械硬盤存儲系統(tǒng)替換為固態(tài)硬盤存儲系統(tǒng)，不僅難以發(fā)揮固態(tài)硬盤的優(yōu)秀性能，還

2、會出現(xiàn)難以預(yù)料的后果。因此，如何有效地解決固態(tài)硬盤存儲系統(tǒng)與當(dāng)前系統(tǒng)軟件的匹配問題，是高效利用固態(tài)硬盤存儲系統(tǒng)的關(guān)鍵，也是當(dāng)前針對固態(tài)硬盤的研究熱點。
　　飛騰系列國產(chǎn)化處理器在處理頻率上與主流商用處理器還存在一定的差距，但飛騰處理器以較低的工作頻率實現(xiàn)了多核多線并行化處理。多核多線并行化處理方式降低了單核的計算頻率，將計算資源平均分配為多個計算核心。在高并發(fā)低計算需求的應(yīng)用場景下，飛騰處理器低單核性能可以有效滿足地計算需求任務(wù)同

3、時也不會帶來功耗的大幅增加。飛騰處理器尤其適合應(yīng)用于高并發(fā)、重I/O的服務(wù)器，但目前基于飛騰處理器的國產(chǎn)化存儲系統(tǒng)尚存在以下問題：（1）固態(tài)硬盤有著優(yōu)良的內(nèi)部并發(fā)機制，與飛騰系列處理器的多核并行處理遙相呼應(yīng)，但受限于傳統(tǒng)系統(tǒng)軟件的漏斗狀設(shè)計難以實現(xiàn)并行I/O。（2）在海量數(shù)據(jù)環(huán)境下，數(shù)據(jù)分布表現(xiàn)出一定的規(guī)律，數(shù)據(jù)分布可以深度影響到系統(tǒng)的處理性能，目前系統(tǒng)尚沒有針對數(shù)據(jù)特征作出相應(yīng)調(diào)整。（3）固態(tài)硬盤存在固有的讀寫不對稱缺陷，讀寫性能有著

4、一到兩個數(shù)量級的差距，這一缺陷嚴重影響了系統(tǒng)I/O路徑的穩(wěn)定性。因此，針對當(dāng)前系統(tǒng)軟件存在的上述問題，本文主要進行了以下研究：
　　第一，針對飛騰系列處理器的多核多線并行處理特性，設(shè)計實現(xiàn)了新型的并行化I/O調(diào)度軟件結(jié)構(gòu)。新型調(diào)度軟件分為調(diào)度前端和調(diào)度后端兩個層次。調(diào)度前端以飛騰多核為基礎(chǔ)，設(shè)計并行調(diào)度機制實現(xiàn)了處理器多核的公平調(diào)度。調(diào)度后端軟件針對數(shù)據(jù)的分布特性和固態(tài)硬盤的性能缺陷分別實現(xiàn)不同的優(yōu)化策略。
　　第二，針對系

5、統(tǒng)在應(yīng)用層重尾分布數(shù)據(jù)下表現(xiàn)出的突發(fā)性局部擁塞和較高的平均響應(yīng)延遲時間問題，本文設(shè)計提出了DV IO S優(yōu)化方案。DVIO S可以根據(jù)后續(xù)層次的反饋動態(tài)的調(diào)節(jié)控制閥門，依據(jù)實時反饋動態(tài)調(diào)整對上層I/O請求的分類依據(jù)，從而實時的調(diào)節(jié)系統(tǒng)I/O路徑的局部擁塞情況。實驗結(jié)果顯示，DVIO S優(yōu)化方案可以有效改善系統(tǒng)I/O路徑的局部擁塞情況，可以明顯優(yōu)化系統(tǒng)的平均響應(yīng)延遲時間。
　　第三，固態(tài)硬盤雖然整體性能優(yōu)越，但存在讀寫不對稱性缺陷，