瓦记录磁盘写性能优化关键技术研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gm_686
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全球数据爆发式增长对存储系统的容量提出了巨大的挑战。采用垂直磁记录技术的传统磁盘作为存储系统的关键组成部分,其存储密度的增长受到限制,因此,迫切需要新磁记录技术以维持存储密度的增长速度。瓦记录技术因只需对传统磁盘结构和磁记录技术做较小改变就能明显提升存储密度的优点,成为现阶段最可行的技术。然而,瓦记录磁盘仅支持顺序追加写的特性使得非整带数据更新写的性能低下,导致其适用场景严重受限。本文针对上述问题,重点研究适用于Host-Managed瓦记录磁盘的高效数据管理技术,提高非整带数据更新写性能,扩展其适用场景。本文的主要工作及贡献如下:  基于动态地址映射的写顺序化方法。针对瓦记录磁盘非整带更新写性能低下的问题,提出了一种基于动态地址映射的写顺序化方法,其特点为:(1)采取动态地址映射将非顺序写转化为顺序写;(2)解耦数据与映射信息存储;(3)通用块设备层实现,支持标准存储协议,具有良好的通用性。实验表明,写顺序化方法能够明显提升到达瓦记录磁盘IO流的顺序性特征参数,保证数据以顺序追加的方式写入,满足瓦记录磁盘的特性需求。典型负载测试表明,与传统磁盘相比,负载的平均写IOPS提升3.41%~154.92%,平均写响应延迟降低6.48%~59.18%。  基于Write-Buffer的数据聚集方法。针对写顺序化方法导致瓦记录磁盘带内空间浪费严重的问题,提出了基于Write-Buffer的数据聚集方法,其特点为:(1)使用Write-Buffer吸收重复更新的写请求,减少带内无效空间的产生,提高空间利用率;(2)延迟动态地址映射,保证数据从Write-Buffer写入带内时仍满足瓦记录磁盘特性需求。多种负载在不同Write-Buffer容量配置下的测试表明:该方法可以有效吸收重复更新的写请求,空间利用率平均提升85.26%。与Flashcache系统相比,典型负载测试中平均写IOPS平均提升7.81%,平均写响应延迟平均降低4.5%。  基于区间的地址映射信息管理方法。针对瓦记录磁盘地址映射信息存储访问开销大的问题,提出了基于区间的地址映射信息管理方法:通过Write-Buffer聚集数据,获得更长的连续逻辑地址更新,数据写入带内时为其分配连续的物理地址,并以区间的方式记录映射信息,实现对映射信息的有效压缩;映射信息更新采取批量的方式,降低映射信息访问的I/O开销。典型负载评测中配置区间管理方法,其映射信息压缩率平均为90.48%,访问I/O开销平均为5.14%。与Write-Buffer模式相比,映射信息存储访问开销平均降低54.32%。与Flashcache系统相比,负载的平均写IOPS提升107.62%~160.69%,平均写响应延迟降低46.57%~57.92%。
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