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一种基于SSD的缓存策略设计与实现

作　者: 王英建
导　师: 谭志虎
学　校: 华中科技大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: 固态硬盘缓存策略热数据访问开销
分类号: TP333
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 21次
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内容摘要

传统的缓存策略主要基于内存缓存，采用读写速度作为最终目标，随着固态硬盘SSD的出现，传统的缓存设计思路不再适用，由于固态硬盘存储介质Flash的读写特性以及擦写次数限制，如果将传统的缓存设计方案直接应用于SSD中，不仅不会取得理想的效果，还会造成固态硬盘寿命的快速耗尽。如果能够在设计缓存策略的同时尽可能考虑到固态硬盘的特性，就可以在不影响其使用寿命的前提下发挥固态硬盘的最大作用。基于SSD的自适应开销敏感型缓存策略充分考虑到了固态硬盘本身的特性，结合传统缓存策略的设计思路，最大化发挥了固态硬盘的作用。其核心机制为内存缓存基于访问模式的动态调整能力以及高效的热数据选取算法，考虑到磁盘的读写性能以及SSD的读写性能差异，将内存缓存区分为读区和写区，通过对当前访问模式的分析，动态的调整读写区大小以适应当前的使用场景，在选取热数据的过程中，在不增加空间复杂度的情况下，使热数据选取的时间复杂度降为最低。在热数据迁移过程中，考虑到数据迁移对系统服务的影响，并不单独进行迁移，而是将热数据迁移分散到各个读写请求处理完成之后进行，避免了热数据选取和数据迁移带来的性能影响。对基于SSD的自适应开销敏感型缓存策略进行了测试。测试结果表明，基于SSD的自适应开销敏感型缓存策略能够根据当前的访问模式作出动态调整，降低系统的响应时间。同时，对随机情况下系统的读写性能进行了测试，结果表明，基于SSD的缓存策略读写性能均有很大提升，其中读性能的提升更加明显。此外，在SSD的写次数上，在相同的系统中采用基于SSD的自适应开销敏感型缓存策略明显低于传统缓存策略，有效延长了SSD的使用寿命。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 绪论  8-21
  1.1 背景介绍  8-9
  1.2 固态硬盘 SSD 特征  9-10
  1.3 缓存技术介绍  10-16
  1.4 国内外研究现状  16-19
  1.5 研究意义和内容  19-21
2 基于 SSD 的缓存策略设计  21-36
  2.1 需求分析  21
  2.2 设计思路  21-22
  2.3 缓存策略整体架构  22-23
  2.4 内存缓存模块设计  23-27
  2.5 固态硬盘模块设计  27-34
  2.6 预取模块设计  34-35
  2.7 本章小结  35-36
3 基于 SSD 的缓存策略实现  36-50
  3.1 系统平台  36-37
  3.2 内存缓存淘汰策略实现  37-40
  3.3 读写区动态调整机制的实现  40-42
  3.4 热数据选取算法实现  42-46
  3.5 数据迁移实现  46-48
  3.6 内核定时器  48-49
  3.7 本章小结  49-50
4 性能测试与分析  50-54
  4.1 测试环境  50-51
  4.2 测试结果与分析  51-53
  4.3 本章小结  53-54
5 总结与展望  54-56
  5.1 全文总结  54-55
  5.2 未来展望  55-56
致谢  56-57
参考文献  57-60

一种基于SSD的缓存策略设计与实现

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