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基于混合存储设备的文件系统TrinityFS的设计与实现

作　者: 郑家阳
导　师: 冯丹; 田磊
学　校: 华中科技大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: 混合存储系统 TrinityFS 元数据热点数据
分类号: TP333
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 3次
引　用: 0次
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内容摘要

随着互联网和计算机存储技术的发展，人们对信息存储系统的要求越来越高，比如高速的读写性能、低功耗、强数据容错纠错及恢复的能力等等。而目前现有的基于磁盘的存储系统无法满足上述需求，因此人们寄希望于新出现的新型非易失存储介质，比如闪存（Flash Memory）、相变存储器（PCRAM）等。每一种新介质的出现，虽然提升了存储系统某些属性上的性能，但由于每种介质自身的特性或制造工艺的限制，新介质的引入也会给系统带来一些制约。综合考虑传统磁盘、闪存以及相变存储器在性能、容量、可靠性、能耗和性价比的特点，提出一种结合PCRAM-Flash-HDD三种存储介质特性的文件系统TrinityFS。TrinityFS的主要思想是让每种介质都“趋利避害”，主要实现了三个模块：首先，PCRAM介质具有接近内存级别的读写性能和可靠性、字节级的读写粒度的优点，但由于生产工艺的限制，目前相变存储器普遍价格高而容量小。因此将系统中最频繁被读写和更新但又占容量很小的元数据存放在性能最好的PCRAM中，以期对元数据的访问可以达到RAM级速度；其次，由于磁盘设备容量大，顺序写性能好，且与闪存介质相比有更长的使用寿命，则需尽量把对数据的写操作以log的方式定向到磁盘上，以减少对闪存不利的更新和擦除操作；再次，闪存存储器具有低能耗、高可靠性及抗震等优点，且与磁盘相比，闪存存储器具有更好的读性能，因此定期对磁盘中的数据扫描，发现读操作的热点数据，将其迁移到闪存介质中，以提高系统的整体性能。基于Linux的文件系统LogFS，实现了一个混合存储系统TrinityFS，并对其进行了相关的测试工作，结果表明TrinityFS在不同的负载下对系统的整体性能都有较好的提升。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-13
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-12
  1.3 本课题的主要工作  12
  1.4 本文组织结构  12-13
2 新型存储介质及相关存储系统  13-23
  2.1 闪存存储技术  13
  2.2 相变存储器技术  13-14
  2.3 基于 Flash 存储器的文件系统  14-17
  2.4 LogFS 文件系统  17-21
  2.5 混合系统的设计思路  21-22
  2.6 本章小结  22-23
3 混合存储系统 TrinityFS 的设计  23-33
  3.1 TrinityFS 系统框架  23-25
  3.2 元数据的分离  25-26
  3.3 热点数据识别与迁移  26-32
  3.4 本章小结  32-33
4 混合存储系统 TrinityFS 的实现  33-46
  4.1 文件系统的选择  33-34
  4.2 地址管理  34-35
  4.3 元数据与数据的分离  35-37
  4.4 段的回收与分配  37-39
  4.5 热点数据统计  39-42
  4.6 数据迁移  42-45
  4.7 本章小结  45-46
5 性能测试与分析  46-53
  5.1 测试环境  46
  5.2 系统稳定性测试  46-48
  5.3 FileBench 性能测试及分析  48-52
  5.4 本章小结  52-53
6 总结与展望  53-55
致谢  55-56
参考文献  56-60

基于混合存储设备的文件系统TrinityFS的设计与实现

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