【摘 要】
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在交错式磁记录（Interlaced Magnetic Recording,IMR）磁盘中,顶层（较窄）磁道和底层（较宽）磁道是交错的,因此每个底层磁道与两个相邻的顶层磁道部分重叠。顶层磁道可以在没有任何写放大的情况下被原地更新,但如果顶层磁道已经包含有效数据,更新底层磁道的数据则需要先拷贝两个相邻的顶层磁道上的数据,然后原地更新底层磁道的数据,最后再写回两个相邻的顶层磁道的数据。这种需要进行额外
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在交错式磁记录（Interlaced Magnetic Recording,IMR）磁盘中,顶层（较窄）磁道和底层（较宽）磁道是交错的,因此每个底层磁道与两个相邻的顶层磁道部分重叠。顶层磁道可以在没有任何写放大的情况下被原地更新,但如果顶层磁道已经包含有效数据,更新底层磁道的数据则需要先拷贝两个相邻的顶层磁道上的数据,然后原地更新底层磁道的数据,最后再写回两个相邻的顶层磁道的数据。这种需要进行额外写操作的现象被称作写放大,会严重损耗磁盘的整体性能。因此如何有效缓解IMR磁盘中的写放大问题,提高存储性能,仍然是一个亟待解决的技术问题。首先针对缓存替换算法对IMR磁盘的写放大问题进行了深入研究,探寻缓存替换算法和IMR磁盘性能的关联关系。基于传统的最近最少使用缓存替换（Least Recently Used,LRU）算法,分别设计实现一种基于写放大权重的LRU缓存替换算法（Write Amplification-Based Least Recently Used,WA-LRU）和一种基于概率剔除的LRU替换算法（Probability-Based Least Recently Used,PB-LRU）,缓解IMR磁盘的底层磁道数据在更新时造成的写放大问题。在此基础上,进一步综合考虑数据访问的时间间隔、访问频率和写放大特征,使IMR磁盘能更好的应用于多场景负载,基于经典的自适应高速缓存替换算法ARC（Adjustable Replacement Cache,ARC）,设计实现了一种基于写放大权重的ARC缓存替换算法（Write Amplification-Adjustable Replacement Cache,WA-ARC）,为缓存数据增添写放大标志位,缓存替换时,优先淘汰写放大标志位数值更小的数据,并跟踪记录负载情况,自适应调整链表长度。使用仿真模拟器进行相关的实验验证,结果表明,设计实现的3个算法的综合性能表现都优于传统LRU算法、ARC算法和较新的Top Buffer算法,其中PB-LRU算法的写放大开销平均降低了25.49%,WA-LRU算法的写放大开销平均降低了27.95%,而WA-ARC算法的命中率平均提高了18.03%,优化效果明显。
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