闪存容错阵列系统中I/O性能的优化研究

发布时间：2024-03-13 23:34

　　基于闪存阵列的固态硬盘以其容量大、并发高以及可靠性强等特点,被广泛应用于诸如云存储平台、数据中心等存储系统中,以满足大规模存储时代日益增长的数据信息需求。然而,一方面由于I/O竞争、垃圾回收等方面的限制,导致闪存阵列芯片利用率不高,严重影响着整个闪存阵列的I/O性能。另一方面,MLC/TLC等存储技术虽然提升了整个闪存芯片的容量,但却牺牲了其可靠性,故而保持闪存阵列容错特性也迫在眉睫。一种新的趋势是闪存阵列采用芯片级RAID-5以确保容错能力,以此来兼顾闪存阵列的高性能及高可靠性。在此场景中,由于校验块的存在会导致更多读写I/O操作,从而使得I/O竞争现象更为严重。如何缓解I/O竞争提升闪存I/O性能是闪存阵列存储系统的关键性问题之一。本文主要研究了基于RAID-5编码的容错闪存阵列存储系统中I/O性能优化问题,具体包括缓解闪存阵列设备层的读写I/O竞争、缓解闪存阵列控制层的垃圾回收I/O与写I/O竞争以及闪存阵列应用层扩容过程的优化。其主要研究内容与贡献如下:1)缓解闪存阵列系统I/O竞争以优化阵列读性能。闪存阵列内部的I/O竞争问题使其读性能严重恶化,并不能充分发挥其并行性。为缓解...

【文章页数】：103 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１?ＲＡＩＤ－５阵列系统??

并且通过阵列系统控制层根据其逻辑地址来并发地写入其对应的阵列设??备中。在用户读取数据时亦可通过阵列系统控制层在相应的设备上进行多通道并??发地读取。在图１．１中，山表示一块具体的数据块，其中下标１表示其逻辑地址??为１〇??校验块：校验块（ＰａｒｉｔｙＣｈｕｎｋ）是由同一条带内....

图１．２主要展示了由８块闪存芯片所组成固态硬盘的物理架构以及闪存芯片??

成为阵列系统Ｉ／Ｏ性能的瓶颈。??ＲＡＩＤ－５：?ＲＡＩＤ－５在ＲＡＩＤ－４的基础上，将校验块数据以轮转的方式存在各??个设备盘上。如图１．１所示，ＲＡＩＤ－５每个设备盘含有几乎相同数量的校验块数??据，以此规避ＲＡＩＤ－４阵列系统的Ｉ／Ｏ瓶颈问题。ＲＡＩＤ－５存储效率为（Ｎ－ｌ....

图１．３闪存存储单元内部微观结构??

以说主控单元模块是整个闪存固态硬盘的灵魂。??存储芯片单元棋块主要由一系列闪存芯片组成。通常整个闪存芯片阵列会分??成若干通道（Ｃｈａｎｎｅｌ），同一通道内的闪存芯片共享一条数据总线，如图１．２中，??八个芯片共分成四个通道，每两个芯片共享一条数据总线。闪存固态硬盘通常以??流水....

图１．４本文主要研究内容及其内在联系??■延缓闪存阵列系统的垃圾回收以优化阵列写性能

针对上述闪存容错阵列系统面临的诸多新挑战，本文从阵列系统的三个不同??层次来对闪存容错阵列系统的Ｉ／Ｏ性能优化问题开展研宄，主要研宄内容及其内??在联系如图１．４所示。其具体研宄内容与主要贡献可被概括为：缓解闪存阵列设??备层的读写Ｉ／Ｏ竞争以提供稳定高效的闪存阵列读性能、缓解闪....

本文编号：3927734