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RAID中固态盘二级缓存机制研究与实现

作 者: 李晋琳
导 师: 谭志虎
学 校: 华中科技大学
专 业: 计算机技术
关键词: 固态硬盘 多级缓存 磁盘阵列
分类号: TP333
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 62次
引 用: 0次
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内容摘要


随着互联网的蓬勃发展,企业对于数据存储的需求日益提高。通常存储系统采用磁盘阵列作为解决方案,提高数据吞吐率,同时通过冗余校验提高数据可靠性。固态硬盘作为新兴的存储设备,其高性能和低能耗的特点非常符合现代数据存储的需要。然而固态硬盘价格高,其单位容量价格约为传统硬盘的100倍,如果完全使用固态硬盘代替传统硬盘,代价太高,一般企业无法承受。对于这个问题,提出了一种将固态硬盘作为二级缓存的多级缓存结构解决方案,在性能和价格上取得平衡。深入研究了固态硬盘的技术特点,根据固态硬盘高性能、非易失性的特性,以访问频率/访问大小作为衡量标准,评估磁盘某区域的热度,找到高消耗块。同时改进原有的LRU淘汰算法,使用块表记录各区域的热度,将高消耗块缓存到SSD,达到提高存储系统IOPS和吞吐率的目的。从系统部署和算法设计方面实现二级缓存系统,使得加入二级缓存后不会对系统上层应用造成影响,将技术细节隔离在标准接口之后,上层系统(如文件系统)不需要做任何改变。把固态硬盘和硬盘看作单一的块设备进行管理,只需要对现有操作系统内核做最小的改动,就可以保证系统的兼容性和可移植性。对以固态硬盘作为二级缓存的磁盘阵列系统进行相关测试。测试结果表明,在使用固态硬盘作为二级缓存之后,可以提高磁盘阵列的总体性能,对联机事务处理或者办公/工程环境具有一定的实用意义。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-14
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 SSD 发展现状  10-11
  1.3 SSD 缓存的技术简介  11-12
  1.4 研究目的和主要内容  12-13
  1.5 课题的来源  13-14
2 固态硬盘缓存的相关技术  14-24
  2.1 多级缓存结构  14-15
  2.2 RAID 技术结构  15-16
  2.3 SSD 简介  16-18
  2.4 SSD 相关技术介绍  18-23
  2.5 本章小结  23-24
3 固态硬盘二级缓存的设计  24-37
  3.1 系统总体设计  24-28
  3.2 功能模块设计  28-31
  3.3 缓存算法的研究与设计  31-34
  3.4 关键问题分析  34-36
  3.5 本章小结  36-37
4 固态硬盘二级缓存的实现  37-48
  4.1 SSD 多级缓存的实现  37-40
  4.2 重映射管理  40-44
  4.3 回写区域管理  44-45
  4.4 运行动态分析  45-47
  4.5 本章小结  47-48
5 I/O 性能测试与分析  48-54
  5.1 测试环境  48-49
  5.2 测试结果与分析  49-53
  5.3 本章小结  53-54
6 总结与展望  54-55
致谢  55-56
参考文献  56-59

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 电子数字计算机(不连续作用电子计算机) > 存贮器
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