本文選題：瓦記錄 + 瓦記錄磁盤(pán)　； 參考：《華中科技大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：瓦記錄技術(shù)對(duì)當(dāng)前磁盤(pán)的磁記錄介質(zhì)和制造工藝只帶來(lái)很小的改動(dòng),是當(dāng)前提高磁盤(pán)存儲(chǔ)密度非常有前景的技術(shù)。瓦記錄技術(shù)通過(guò)部分重疊磁道的方式來(lái)提高存儲(chǔ)密度。使用瓦記錄技術(shù)的磁盤(pán)稱為瓦記錄磁盤(pán),它繼承了瓦記錄技術(shù)的所有特性。因此,瓦記錄磁盤(pán)存在一個(gè)固有的寫(xiě)訪問(wèn)限制：寫(xiě)入數(shù)據(jù)到一個(gè)磁道會(huì)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(dāng)前磁道的數(shù)據(jù)必須重寫(xiě)后續(xù)磁道的數(shù)據(jù)。因此,一個(gè)寫(xiě)操作可能能會(huì)帶來(lái)大量的額外讀寫(xiě)操作,產(chǎn)生寫(xiě)放大問(wèn)題。為了把瓦記錄磁盤(pán)整合到現(xiàn)有的存儲(chǔ)系統(tǒng)中,必須克服瓦記錄磁盤(pán)物理特性帶來(lái)的寫(xiě)訪問(wèn)限制。因此,必須設(shè)計(jì)新的數(shù)據(jù)組織方式來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題,同時(shí)提高瓦記錄磁盤(pán)的性能。自治式瓦記錄磁盤(pán)可以直接替換傳統(tǒng)磁盤(pán),應(yīng)用到現(xiàn)有的存儲(chǔ)系統(tǒng)中。自治式瓦記錄磁盤(pán)通過(guò)瓦記錄轉(zhuǎn)換層來(lái)屏蔽寫(xiě)訪問(wèn)限制,它的作用類(lèi)似于SSD中的閃存轉(zhuǎn)換層。為了提高自治式瓦記錄磁盤(pán)的性能,設(shè)計(jì)了一種基于段的瓦記錄轉(zhuǎn)換層SSTL(Segment-based Shingled Translation 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(pán)把寫(xiě)放大單元從區(qū)大小減少到段大小。其次,在一個(gè)段內(nèi),SSTL采用段內(nèi)動(dòng)態(tài)塊映射的方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù),有效地減少了數(shù)據(jù)的寫(xiě)放大倍數(shù)。最后,SSTL使用一個(gè)小容量的非易失性設(shè)備來(lái)緩存頻繁訪問(wèn)的數(shù)據(jù),最近最久未被訪問(wèn)段的緩存替換算法被設(shè)計(jì)來(lái)管理非易失性緩存。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在六種不同的工作負(fù)載下,SSTL相比于循環(huán)日志結(jié)構(gòu)瓦記錄磁盤(pán)Sblock:提供了2.1-8.4倍的加速比。磁盤(pán)陣列技術(shù)廣泛應(yīng)用于當(dāng)前的存儲(chǔ)系統(tǒng)中。但是,現(xiàn)有的磁盤(pán)陣列技術(shù)是為傳統(tǒng)磁盤(pán)設(shè)計(jì)的,并沒(méi)有考慮瓦記錄磁盤(pán)的讀寫(xiě)特性。針對(duì)這一問(wèn)題,為瓦記錄磁盤(pán)提出了一種動(dòng)態(tài)可變長(zhǎng)條帶的磁盤(pán)陣列技術(shù)DVS-RAID (Dynamic Variable-width Striping RAID),用于減少校驗(yàn)塊更新開(kāi)銷(xiāo)。在數(shù)據(jù)布局上,DVS-RAID把陣列的整個(gè)地址空間劃分成條帶組。DVS-RAID的核心思想是：在一個(gè)條帶組內(nèi),DVS-RAID從來(lái)不覆蓋舊數(shù)據(jù)塊,無(wú)論是新寫(xiě)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(dòng)態(tài)生成一個(gè)新的條帶,然后以追加的形式寫(xiě)入到磁盤(pán)。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(shí),DVS-Cache的寫(xiě)緩存管理算法被設(shè)計(jì)來(lái)管理陣列的緩存。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)于一些以讀為主的,或者以順序訪問(wèn)為主的,亦或是數(shù)據(jù)更新頻率低的工作負(fù)載,DVS-RAID提供的性能比基于傳統(tǒng)磁盤(pán)的IAID5的性能還要好：而對(duì)于數(shù)據(jù)更新頻率很高的工作負(fù)載,DVS-RAID的性能比基于傳統(tǒng)磁盤(pán)的RAID5也只稍差一點(diǎn)。為了把瓦記錄磁盤(pán)應(yīng)用到對(duì)象存儲(chǔ)系統(tǒng)中,本文設(shè)計(jì)了一種基于對(duì)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(duì)象訪問(wèn)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(shù)的索引信息存儲(chǔ)在瓦記錄磁盤(pán)的隨機(jī)訪問(wèn)區(qū),把日志和文件數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在瓦記錄區(qū),從而提高數(shù)據(jù)的訪問(wèn)速度和垃圾回收的效率。OSTL使用對(duì)象地址轉(zhuǎn)換機(jī)制來(lái)維護(hù)磁盤(pán)上對(duì)象的索引信息,該機(jī)制消除了B+樹(shù)的遞歸更新問(wèn)題,內(nèi)存中使用B+樹(shù)來(lái)維護(hù)對(duì)象的索引信息。由于不能從市面上得到Host-aware類(lèi)型的瓦記錄磁盤(pán),開(kāi)發(fā)了一個(gè)符合ZBC規(guī)格的瓦記錄磁盤(pán)模擬器。通過(guò)向Ceph添加一種新的存儲(chǔ)引擎,實(shí)現(xiàn)了OSTL的原型系統(tǒng)。與Ceph中原有Key/Value的存儲(chǔ)引擎對(duì)比,在Postmark基準(zhǔn)測(cè)試下,OSTL的執(zhí)行時(shí)間減少了13.7%：在Vdbench基準(zhǔn)測(cè)試下,OSTL的寫(xiě)性能提高了7%左右。
[Abstract]:Tile recording technology only brings small changes to the magnetic recording medium and manufacturing process of current disk. It is a very promising technology to improve disk storage density. Tile recording technology improves storage density by partially overlapping tracks. The disk using tile recording technique is called tile recording disk, which inherits the tile recording technology. All features. Therefore, the tile recording disk has an inherent write access limit: writing data to a track will damage the data in the follow track, that is, if the following track has valid data, updating the current track data must rewrite the data of the follow track. Therefore, a write operation may bring a lot of extra reading and writing. In order to integrate the tile record disk into the existing storage system, it is necessary to overcome the write access restrictions caused by the physical characteristics of the tile recording disk. Therefore, a new data organization must be designed to solve this problem and improve the performance of the tile recording disk. The autonomous tile record disk can be replaced directly. Unified disk, applied to existing storage systems. Autonomous tile record disks shield write access restrictions through the tile record conversion layer, which is similar to the flash memory conversion layer in SSD. In order to improve the performance of autonomous tile recording disk, a segment based tile record transfer layer SSTL (Segment-based Shingled Translation Layer) is designed. First, SSTL divides the tile recording area into a segment in the radial direction, and the tile recording disk of the segment structure reduces the write and amplification units from the area size to the segment size. Secondly, in one segment, the SSTL uses the dynamic block mapping in the segment to store the data, effectively reducing the write magnification of the data. Finally, the SSTL uses a small capacity nonloss. The device is used to cache frequently accessed data, and the latest cache replacement algorithm, which has not been accessed most recently, is designed to manage nonvolatile caches. Experimental results show that SSTL provides a 2.1-8.4 times acceleration ratio compared to the circular log structure tile record disk Sblock: under six different workloads. Disk array technology is widely used. In the current storage system, however, the existing disk array technology is designed for traditional disks and does not take into account the read and write characteristics of the tile recording disk. For this problem, a dynamic variable strip disk array technology DVS-RAID (Dynamic Variable-width Striping RAID) is proposed for the tile recording disk, which is used to reduce the check block more. In data layout, the core idea that DVS-RAID divides the entire address space of the array into a band group.DVS-RAID is that in a band group, DVS-RAID never covers old data blocks, whether it is a newly written block or a updated block of data, and DVS-RAID always makes a dynamic generation of a new band with these data blocks. The size of the strip can be changed, can be a full band, or a part of the band. At the same time, the DVS-Cache's write cache management algorithm is designed to manage the array cache. Experimental results show that for some read based, or sequential access mainly, or low update frequency of data. The performance of the DVS-RAID provides better performance than the traditional disk based IAID5: and for a workload with high data update frequency, the performance of the DVS-RAID is a little worse than the RAID5 based on the traditional disk. In order to apply the tile record disk to the object storage system, this article designs an object based tile. The record conversion layer OSTL (Object-based Shingled Translation Layer).OSTL is based on the log file system and provides the object access interface like the ANSI T10 to the upper level. In data organization, OSTL stores the index letters of the frequently updated tile record area and the directory tree in the random access area of the tile record disk. The data and file data are stored in the tile record area to improve the access speed of the data and the efficiency of the garbage collection..OSTL uses the object address conversion mechanism to maintain the index information on the object on the disk. This mechanism eliminates the recursion update problem of the B+ tree. In memory, the B+ tree is used to maintain the index information of the image. Because the H can not be obtained from the market. Ost-aware type tile recording disk has developed a tile record disk simulator that conforms to the ZBC specification. By adding a new storage engine to Ceph, the prototype system of OSTL is implemented. Compared with the Key/Value storage engine in Ceph, the execution time of OSTL is reduced by 13.7% under the Postmark benchmark: the Vdbench benchmark test. At the same time, the writing performance of OSTL has been improved by about 7%.
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP333

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本文編號(hào)：2027876