软件定义的可计算存储系统仿真平台设计与实现

来源 :刘嘉宏 | 被引量 : 0次 | 上传用户:softzheng1
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
计算性能远快于存储性能的发展,传统冯·诺依曼架构下的“存储墙”问题日益凸显。基于存算一体架构的可计算存储系统通过将计算资源卸载到离数据更近的存储设备内部减少数据迁移,以缓解“存储墙”问题,成为研究热点。然而现有可计算存储研究基于定制专用软硬件协同平台,各平台间硬件与软件系统实现高度不统一,缺乏通用编程接口与运行环境且扩展性较差,各平台互不兼容、接口协议互不相同,限制了对可计算存储应用的探索。针对可计算存储研究中应用场景单一化、硬件高度定制化、接口协议私有化的问题,提出了一个软件定义的可计算存储系统仿真平台(Computational Storage System Emulation Platform,CSSEP)。CSSEP改变了原有可计算存储系统的硬件依赖与限制,在通用计算机系统架构下对可计算存储的全系统仿真进行设计与实现。CSSEP以可计算存储操作系统(CSOS)作为计算单元,闪存管理与计算任务处理各自独立,具备灵活的、扩展性高的设计空间,不仅可以调节固态盘的各种参数,还可在盘内灵活部署可计算存储典型应用。为增加固态盘计算能力,CSSEP引入图形处理单元代替现场可编程逻辑门阵列,实现软件定义的硬件加速模型。对CSSEP各个组件之间的带宽评估结果表明,基于存储性能开发套件(Storage Performance Development Kit,SPDK)重构的I/O栈CSOS的盘内读带宽和写带宽分别是盘外的9.7~15.4倍、4.1~6.7倍。基于CSSEP平台设计并实现了压缩、解压缩、人脸集检测和离线重删等可计算存储应用。实验结果表明,以I/O型任务为代表的解压缩和离线重删卸载到CSOS后,应用性能较主机端分别提升了116%~126%和30.9%~52.6%;以计算型任务为代表的压缩和人脸集检测卸载到CSOS后,利用加速器件较主机端应用性能平均提升2.11倍和43.7倍。
其他文献
负载的倾斜分布现象广泛存在于各种场景中,降低热点数据的读写延迟对提升系统整体服务质量有重要意义。B+树是一种被广泛应用的索引结构,新兴的非易失内存(Non-Volatile Memory,NVM)为B+树应对数据热点问题提供了新的思路,但已有的NVM上B+树相关研究工作都没有对冷热数据进行区分,这降低了它们对倾斜负载的服务能力。本文便主要聚焦于在NVM场景下设计热点感知的B+树结构。在对B+树的热
学位
麦角固醇是真菌细胞膜的重要组成部分,是维生素D等甾体类药物的重要前体,市场需求大且供不应求。目前,麦角固醇主要从酵母、青霉菌中提取,存在含量低、生产成本高、生产能力不足等问题。许多研究者通过超表达麦角固醇合成路径中1~2个基因或者理化诱变等方法改造酿酒酵母,缺乏对整个合成通路的系统研究。酿酒酵母合成麦角固醇的代谢工程改造,有望大幅提高麦角固醇产量。本文围绕酿酒酵母中麦角固醇合成与转运路径,系统分析
学位
从2000年初始,中国开始加大对核电建设的论证,国家核安全局组织各个部门重新评估如何保障核电站的安全,为了更好的实现纵深防御与多样性(Defense-in-Depthand Diversity,D3),做好核电站保护系统的备份,多样性驱动系统即第二套保护系统的设计成为各位专家、学者的研究重点。核电站的多样性驱动系统作为核电站保护系统的备份,在多样性上的技术研究和工程应用越来越重要,作为核电站仪控系
学位
随着中国经济的发展,中国的国际影响力不断提升,国际学生学习汉语的热情席卷全球。随着5G网络的普及,汉语教育的技术和形式也在逐渐多样化,特别是在新冠疫情期间,远程学习技术得到迅速推广和普及,逐渐成为一种主流的教学模式。毫无疑问,在线教育课程也将是未来国际中文教育发展的一大趋势。随着直播和视频娱乐的兴起,越来越多的汉语学习者开始利用新媒体视频直播平台学习汉语。作为中国年轻一代集中的文化社区和视频媒体平
学位
随着信息时代的发展,数据规模迅速扩张,更多的企业选择将业务部署到分布式集群上。然而分布式存储系统的资源是有限的,因此根据系统的存储能力为不同的用户制定合理的服务规则是非常重要的。分布式存储系统面向用户的服务质量(Quality of Service,Qo S)技术大多是在发送端来直接实施I/O限流的,然而这种方式并不能感知系统存储节点的资源使用情况,因此难以保证在各种应用场景下所有用户的性能需求。
学位
当今,数据量爆发式增长,不断涌现的内存计算型应用使用内存作为主要数据存储载体,以提升整体性能。然而,大容量内存存储通常面临两个方面的挑战:首先,内存部分失效、机器断电等故障会导致其上的数据不可用,需要通过系统级冗余机制保障数据的可用性,但是过高冗余导致性能和存储效率下降;其次,数据访问行为是动态变化的,静态数据布局难以适应。因此,内存存储系统需要在运行时根据工作负载变化动态地调整内存的数据冗余布局
学位
容器是一种轻量级的虚拟化技术,相比于传统的虚拟机,容器具有更快的启动部署速度、更小的运行开销和更高的部署密度,在云计算中得到了广泛的运用。弹性资源管理是云计算平台的重要特性,其能够在不中断服务的情况下动态伸缩资源配置以响应负载请求的变化,从而可以在保证应用服务质量的同时提高资源利用率。但是,在容器环境下,现有弹性CPU资源管理机制存在明显不足。首先,容器内运行的应用程序无法感知容器CPU资源的弹性
学位
工业以太网协议的引入使列车控制系统具有更高的开放性,有利于打破信息闭塞现状,提高轨道列车运营效率和司乘人员车厢体验,但同时也带来日益严峻的信息安全威胁,因此加强列车控制系统安全防护势在必行。入侵检测是列车控制系统信息安全防护的关键技术手段之一。当前列车控制系统存在流量规模迅猛增长、未知攻击频繁出现等现象,基于规则的误用检测技术无法有效识别未知攻击,而基于机器学习的异常检测技术存在真实列车网络通信数
学位
基于对等网络(Peer to Peer,P2P)的分散式存储网络是Web3.0的重要内容载体与核心组成部件。但P2P的匿名性引入了女巫攻击,为对抗女巫攻击及其变种,分散式存储网络常使用栈式深度鲁棒图(Stacked Depth Roubust Graph,SDR)算法减缓数据副本转换。但SDR算法的执行过程中生成的中间数据会占用大量内存,成为闲置设备加入分散式存储网络以及多个转换过程并行执行的主要
学位
机器学习等读密集型应用场景对存储系统读性能的需求不断提升,拥有高带宽、低时延以及高并发性的NVMe SSD逐渐成为构建高性能存储系统的重要设备。目前主流键值存储系统通常采用日志结构合并树(Log-Structured Merge Tree,LSM-Tree)作为数据索引,然而LSM-Tree受限于自身结构和低效的I/O(Input/Output)访问模式,难以充分发挥NVMe SSD的优势。因此,
学位