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文檔簡介
1、瓦記錄技術(shù)對當前磁盤的磁記錄介質(zhì)和制造工藝只帶來很小的改動,是當前提高磁盤存儲密度非常有前景的技術(shù)。瓦記錄技術(shù)通過部分重疊磁道的方式來提高存儲密度。使用瓦記錄技術(shù)的磁盤稱為瓦記錄磁盤,它繼承了瓦記錄技術(shù)的所有特性。因此,瓦記錄磁盤存在一個固有的寫訪問限制:寫入數(shù)據(jù)到一個磁道會損壞后續(xù)磁道中的數(shù)據(jù),即如果后續(xù)磁道存在有效數(shù)據(jù),更新當前磁道的數(shù)據(jù)必須重寫后續(xù)磁道的數(shù)據(jù)。因此,一個寫操作可能能會帶來大量的額外讀寫操作,產(chǎn)生寫放大問題。為了把瓦
2、記錄磁盤整合到現(xiàn)有的存儲系統(tǒng)中,必須克服瓦記錄磁盤物理特性帶來的寫訪問限制。因此,必須設(shè)計新的數(shù)據(jù)組織方式來解決這個問題,同時提高瓦記錄磁盤的性能。
自治式瓦記錄磁盤可以直接替換傳統(tǒng)磁盤,應(yīng)用到現(xiàn)有的存儲系統(tǒng)中。自治式瓦記錄磁盤通過瓦記錄轉(zhuǎn)換層來屏蔽寫訪問限制,它的作用類似于SSD中的閃存轉(zhuǎn)換層。為了提高自治式瓦記錄磁盤的性能,設(shè)計了一種基于段的瓦記錄轉(zhuǎn)換層SSTL(Segment-based Shingled Transla
3、tion Layer)。首先,SSTL把瓦記錄區(qū)在徑向方向上劃分為段,段結(jié)構(gòu)的瓦記錄磁盤把寫放大單元從區(qū)大小減少到段大小。其次,在一個段內(nèi),SSTL采用段內(nèi)動態(tài)塊映射的方式存儲數(shù)據(jù),有效地減少了數(shù)據(jù)的寫放大倍數(shù)。最后,SSTL使用一個小容量的非易失性設(shè)備來緩存頻繁訪問的數(shù)據(jù),最近最久未被訪問段的緩存替換算法被設(shè)計來管理非易失性緩存。實驗結(jié)果表明:在六種不同的工作負載下,SSTL相比于循環(huán)日志結(jié)構(gòu)瓦記錄磁盤Sblock提供了2.1-8.4
4、倍的加速比。
磁盤陣列技術(shù)廣泛應(yīng)用于當前的存儲系統(tǒng)中。但是,現(xiàn)有的磁盤陣列技術(shù)是為傳統(tǒng)磁盤設(shè)計的,并沒有考慮瓦記錄磁盤的讀寫特性。針對這一問題,為瓦記錄磁盤提出了一種動態(tài)可變長條帶的磁盤陣列技術(shù)DVS-RAID(Dynamic Variable-width Striping RAID),用于減少校驗塊更新開銷。在數(shù)據(jù)布局上,DVS-RAID把陣列的整個地址空間劃分成條帶組。DVS-RAID的核心思想是:在一個條帶組內(nèi),DVS-
5、RAID從來不覆蓋舊數(shù)據(jù)塊,無論是新寫入的數(shù)據(jù)塊還是更新的數(shù)據(jù)塊,DVS-RAID總是使用這些數(shù)據(jù)塊動態(tài)生成一個新的條帶,然后以追加的形式寫入到磁盤。條帶的大小是可以變化的,可以是滿條帶,也可以是部分條帶。同時,DVS-Cache的寫緩存管理算法被設(shè)計來管理陣列的緩存。實驗結(jié)果表明:對于一些以讀為主的,或者以順序訪問為主的,亦或是數(shù)據(jù)更新頻率低的工作負載,DVS-RAID提供的性能比基于傳統(tǒng)磁盤的RAID5的性能還要好;而對于數(shù)據(jù)更新頻
6、率很高的工作負載,DVS-RAID的性能比基于傳統(tǒng)磁盤的RAID5也只稍差一點。
為了把瓦記錄磁盤應(yīng)用到對象存儲系統(tǒng)中,本文設(shè)計了一種基于對象的瓦記錄轉(zhuǎn)換層OSTL(Object-based Shingled Translation Layer)。OSTL建立在日志式文件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,向上層提供ANSI T10一樣的對象訪問接口。在數(shù)據(jù)組織上,OSTL把頻繁更新的瓦記錄區(qū)信息表和目錄樹的索引信息存儲在瓦記錄磁盤的隨機訪問區(qū),把
7、日志和文件數(shù)據(jù)存儲在瓦記錄區(qū),從而提高數(shù)據(jù)的訪問速度和垃圾回收的效率。OSTL使用對象地址轉(zhuǎn)換機制來維護磁盤上對象的索引信息,該機制消除了B+樹的遞歸更新問題,內(nèi)存中使用B+樹來維護對象的索引信息。由于不能從市面上得到Host-aware類型的瓦記錄磁盤,開發(fā)了一個符合ZBC規(guī)格的瓦記錄磁盤模擬器。通過向Ceph添加一種新的存儲引擎,實現(xiàn)了OSTL的原型系統(tǒng)。與Ceph中原有Key/Value的存儲引擎對比,在Postmark基準測試下
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