發(fā)布時(shí)間：2021-07-12 09:40

　　隨著個(gè)人移動(dòng)設(shè)備的普及和互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的快速發(fā)展,我們的生活已經(jīng)進(jìn)入了大數(shù)據(jù)時(shí)代。如何從海量數(shù)據(jù)中高效地獲得有效信息,幫助和指導(dǎo)人們進(jìn)行決策,是大數(shù)據(jù)時(shí)代下我們面臨的重大挑戰(zhàn),同時(shí)也為我們帶來(lái)了前所未有的機(jī)遇。存儲(chǔ)是大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)的基礎(chǔ)設(shè)施,傳統(tǒng)的機(jī)械磁盤(pán)由于其高訪問(wèn)延遲、低帶寬,難以滿(mǎn)足海量數(shù)據(jù)快速處理和存儲(chǔ)的需求,這也促進(jìn)了各種新型非易失存儲(chǔ)介質(zhì)的蓬勃發(fā)展,涌現(xiàn)了以flash、PCM為代表的各種新型非易失存儲(chǔ)介質(zhì)。傳統(tǒng)的I/O棧是基于磁盤(pán)設(shè)計(jì)和優(yōu)化的,相對(duì)于新型非易失存儲(chǔ),仍有許多不適合之處。因此,我們需要對(duì)傳統(tǒng)的I/O棧進(jìn)行優(yōu)化,以便充分利用新型非易失存儲(chǔ)的性能。針對(duì)現(xiàn)今廣泛應(yīng)用于企業(yè)級(jí)的PCIe閃存固態(tài)盤(pán),本文對(duì)傳統(tǒng)I/O棧的塊層、驅(qū)動(dòng)層進(jìn)行了優(yōu)化研究�；谖覀冏灾髟O(shè)計(jì)的PCIe閃存固態(tài)盤(pán)原型系統(tǒng),通過(guò)采用內(nèi)核緩存旁路技術(shù)、本地命令隊(duì)列優(yōu)化設(shè)計(jì)、多請(qǐng)求隊(duì)列和多中斷的優(yōu)化方法,PCIe閃存固態(tài)盤(pán)的性能得到大幅提升,讀寫(xiě)帶寬從2GB/s提升到2.8GB/s,4KB讀請(qǐng)求IOPS增加到原來(lái)的4倍,4KB寫(xiě)IOPS增加到原來(lái)的6倍。針對(duì)新型非易失存儲(chǔ)介質(zhì)訪問(wèn)低延遲的特性,本文... 

【文章來(lái)源】：國(guó)防科技大學(xué)湖南省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：70 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

數(shù)字宇宙預(yù)測(cè)趨勢(shì)

國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文下降，基于 flash 的固態(tài)盤(pán)在市場(chǎng)上得到了廣泛應(yīng)用，取代傳統(tǒng)磁盤(pán)勢(shì)。目前的非易失存儲(chǔ)半導(dǎo)體市場(chǎng)，仍然是 flash 一家獨(dú)大的局面，失存儲(chǔ)要么還處于研究中，要么由于受到其他方面的限制導(dǎo)致所占。這些新型非易失存儲(chǔ)介質(zhì)在速度、功耗方面都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于 flash，目問(wèn)題是集成度不高，無(wú)法做到像 flash 那樣的大容量。圖 1.2 比較了介質(zhì)單片容量和寫(xiě)性能。不難想象，一旦這些存儲(chǔ)介質(zhì)在集成度這，必將取代 flash 甚至 DRAM，迅速占領(lǐng)非易失存儲(chǔ)市場(chǎng)，引發(fā)存儲(chǔ)變革，對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文銷(xiāo)往往在幾十個(gè)微秒左右[35]，而磁盤(pán)一次讀寫(xiě)操作往往需要幾個(gè)毫秒[36]，因?qū)τ诖疟P(pán)，傳統(tǒng)的 I/O 棧帶來(lái)的開(kāi)銷(xiāo)往往可以忽略不計(jì)。但是，對(duì)于各種新型失存儲(chǔ)介質(zhì)，其讀寫(xiě)訪問(wèn)時(shí)間往往在微秒級(jí)甚至納秒級(jí)，如上表 1.1[37]，顯示盤(pán)和各種新型非易失存儲(chǔ)介質(zhì)的特性，包括其讀寫(xiě)時(shí)間。因此，若采用傳統(tǒng)棧，其帶來(lái)的開(kāi)銷(xiāo)將成為 I/O 路徑中的主要開(kāi)銷(xiāo)，圖 1.3 顯示了在磁盤(pán)、基于和 PCM 的固態(tài)盤(pán)中，在一次 4KB 讀寫(xiě)請(qǐng)求中文件系統(tǒng)帶來(lái)的延遲開(kāi)銷(xiāo)、操統(tǒng)帶來(lái)的延遲開(kāi)銷(xiāo)和硬件時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)各自所占的比例[38]。從圖 1.3 中可以看出系統(tǒng)和操作系統(tǒng)帶來(lái)的延遲開(kāi)銷(xiāo)不變的情況下，隨著硬件時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)的減少，系統(tǒng)和操作系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)所占比例將變大，在基于 PCM 的固態(tài)盤(pán)中，文件系統(tǒng)和系統(tǒng)所占的開(kāi)銷(xiāo)甚至是實(shí)際硬件開(kāi)銷(xiāo)的 2 倍。因此，如果能對(duì) I/O 棧進(jìn)行適當(dāng)化，將顯著地減少整個(gè) I/O 路徑的延遲，這對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、聯(lián)機(jī)事務(wù)處理系實(shí)時(shí)性要求比較高的系統(tǒng)具有重要意義。

【參考文獻(xiàn)】：
碩士論文
[1]基于閃存的高速PCIe固態(tài)存儲(chǔ)卡的研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 歐洋.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2012



本文編號(hào)：3279670