【摘 要】
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基于RAID-5的固态硬盘在服务写请求时,需要同时更新相应的用户数据块和所在条带的校验数据块,即“写放大”问题。“写放大”不仅延长了I/O响应时间,也会增加固态硬盘垃圾回收的次数并缩短固态硬盘的寿命。另一方面,更新用户数据块和校验数据块时必须将新数据写回原数据块所在的通道,进而导致固态硬盘内部通道负载不均衡并降低其I/O性能。因此,本文针对基于RAID-5的固态硬盘的“写放大”问题以及通道负载不均
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基于RAID-5的固态硬盘在服务写请求时,需要同时更新相应的用户数据块和所在条带的校验数据块,即“写放大”问题。“写放大”不仅延长了I/O响应时间,也会增加固态硬盘垃圾回收的次数并缩短固态硬盘的寿命。另一方面,更新用户数据块和校验数据块时必须将新数据写回原数据块所在的通道,进而导致固态硬盘内部通道负载不均衡并降低其I/O性能。因此,本文针对基于RAID-5的固态硬盘的“写放大”问题以及通道负载不均衡问题,完成了以下工作:首先,针对“写放大”问题,提出了基于补丁的缓存管理机制,通过在固态硬盘内置缓存中存放更多的写请求数据,达到减少用户数据块和校验数据块更新次数,提高系统吞吐率的目标。换言之,通过异或存放在闪存存储单元中的原始数据块和写请求的更新数据块,得到差异部分（称为补丁）并将该部分数据放入缓存中,而其余部分数据仍存放在闪存存储单位中。因此,有限容量的内置缓存可以暂存更多的写请求相关数据,一定程度上避免闪存存储单元中用户数据块和校验数据块的更新,减少“写放大”带来的负面影响。其次,针对通道负载不均衡的问题,提出了基于降级读/写操作的I/O调度机制,通过访问同一条带中的其它用户数据块和校验块,利用异或操作产生所请求的用户数据块数据,达到避免直接访问用户数据块所在的阻塞严重的通道,均衡固态硬盘所有通道工作负载的目标。同时,所提出的I/O调度机制会将目标通道是严重阻塞状态的写请求调度到不冲突的空闲通道,减少写请求的响应时间并进一步缓解了固态硬盘内部各通道负载不均衡的情况。最后,本文使用SSDsim验证了本文提出相关优化机制的有效性。相关实验结果表明,相比于传统基于RAID-5的固态硬盘的相关工作,所提出方法能够有效地降低系统I/O请求响应时间,减少了固态硬盘垃圾回收操作的触发次数,延长了固态硬盘的寿命。
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