检索结果-南通市图书馆

计算机研究与发展 2025年第1期62卷 58-74页

作者：杨梨花董勇邬会军谭支鹏王芳卢凯国防科技大学计算机学院长沙410073 信息存储系统教育部重点实验室(华中科技大学) 武汉430074

NAND闪存(NAND flash)因为其大容量、轻便、抗震等优异特性,被广泛使用于移动设备.面向闪存特性设计的闪存友好型文件系统(flash friendly file system,F2FS)是典型的日志结构文件系统(log-structured file system,LFS),它采用日志结构... 详细信息

NAND闪存(NAND flash)因为其大容量、轻便、抗震等优异特性,被广泛使用于移动设备.面向闪存特性设计的闪存友好型文件系统(flash friendly file system,F2FS)是典型的日志结构文件系统(log-structured file system,LFS),它采用日志结构写机制提升了随机写性能,使用前滚恢复技术实现快速的一致性保护,经常被用作移动设备的文件系统.文件系统因碎片化和段清理问题导致性能下降,而日志结构文件系统的异地更新机制和移动应用的高并发随机同步小写模式进一步加剧了碎片化,导致I/O请求响应变慢、设备运行卡顿.首先介绍了移动设备日志结构文件系统的相关概念和内容,随后总结了日志结构文件系统碎片化和段清理问题的研究现状.一方面分析了碎片产生的原因与影响,从预防碎片产生和重整碎片2个角度总结了减少碎片的研究工作.另一方面分析了冷热数据混合对段清理的影响,从静态分类和动态分类2方面总结了冷热数据区分技术的研究现状,从管理数据分布和调整段清理时机、频率、对象2个角度总结了段清理的研究现状.最后展望了移动设备日志结构文件系统研究的主要挑战和未来研究工作.

关键词：日志结构文件系统移动存储文件碎片空闲空间碎片段清理冷热数据区分

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基于热度的日志结构文件系统性能优化

基于热度的日志结构文件系统性能优化

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作者：涂诗云华中科技大学

学位级别：硕士

NAND Flash具有高性能、低延迟、低功耗等优势,因此被广泛应用于数据密集型存储系统。日志结构文件系统(Log-structured File System,LFS)对Flash特性友好,其通过异地更新,将随机写转化为顺序写,具有更高的随机写性能和更低的一致性维... 详细信息

NAND Flash具有高性能、低延迟、低功耗等优势,因此被广泛应用于数据密集型存储系统。日志结构文件系统(Log-structured File System,LFS)对Flash特性友好,其通过异地更新,将随机写转化为顺序写,具有更高的随机写性能和更低的一致性维护开销。然而,LFS在运行过程中仍然存在段清理开销过大、文件系统写放大严重等问题,导致LFS的性能和Flash设备的寿命大幅降低。I/O负载中普遍的数据热度差异,加剧了LFS的段清理开销和写放大问题。针对上述问题,提出了一种基于热度的日志结构文件系统优化方法,称为OLH。OLH采用基于数据聚类的冷热数据识别策略,通过对热度元数据抽样、聚类,能够动态识别冷热数据。写入过程中,将冷热数据分别写入不同的日志中,减少段清理开销,并按照热度值延迟热数据写入日志的过程,减少其频繁更新导致的"wandering tree"写放大,同时为了避免多日志引入的随机写造成性能下降,延迟提交日志到文件系统,使OLH能批量写入日志数据提升写性能。段清理过程中,采用了一种基于热度的victim选择算法,充分考虑热度对victim的影响,同时释放victim时只下刷victim段相关的脏索引数据,减少段清理开销和一致性维护的写放大。设计并实现了热度元数据缓存策略,减少OLH引入的热度元数据访问开销。在多种真实负载下进行测试,验证OLH的有效性和性能。实验结果表明,OLH能适应系统热度变化,与F2FS的优化策略相比,OLH的段清理迁移块数减少了36.3%-36.5%,带宽提升了62.8%-71.4%,写放大方面,文件和索引数据总写入量减少了6.8%-9.3%,文件系统的元数据总写入量减少了44.4%-53.1%。在引入的开销方面,热度元数据缓存的命中率可以达到64.3%-97.3%,大部分热度元数据的读取都能在内存中完成,访问开销较小。

关键词：日志结构文件系统热度文件系统写放大段清理

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