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面向闪存键值缓存系统的写流量优化研究

面向闪存键值缓存系统的写流量优化研究

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作者：李宗玮华中科技大学

学位级别：硕士

由于闪存固态盘(Solid State Drive,SSD)技术的不断发展,其在容量和性能方面的优势不断凸显,基于闪存的键值缓存技术也因此受到越来越多的关注。闪存键值缓存系统通过在SSD中缓存大部分数据,减少对后端存储系统的大量请求,从而提供低延... 详细信息

由于闪存固态盘(Solid State Drive,SSD)技术的不断发展,其在容量和性能方面的优势不断凸显,基于闪存的键值缓存技术也因此受到越来越多的关注。闪存键值缓存系统通过在SSD中缓存大部分数据,减少对后端存储系统的大量请求,从而提供低延迟的系统服务。但目前的闪存键值缓存系统在更新密集型负载下存在写流量大,系统整体性能差的问题,需进行优化。通过对开源闪存键值缓存系统Fatcache在不同应用负载下的实验测试分析,发现在更新操作密集且具有较强时间局部性的工作负载场景下,闪存键值缓存系统现有slab存储管理方式未考虑数据项访问热度,从而产生了大量的SSD写流量,导致SSD使用寿命和系统性能降低。针对上述问题,在原闪存键值缓存系统架构的基础上设计了一种基于slab热度的存储管理优化方案SPOPB,以减少SSD写流量,延长SSD使用寿命,提高系统性能。首先,对数据进行冷热分离,设置一个阈值来识别数据热度,并综合数据项的热度和大小对内存缓冲区的slab块进行重组和冷热分类。其次,筛选内存缓冲区中包含热数据的热slab块,设计了基于slab块热度的替换策略将热slab块保留在内存缓冲区内,以减少SSD的写入量。最后,提出阈值的自适应性调整策略,不仅识别数据热度的阈值大小,还会根据负载时间局部性特性的变化进行自动调整,使闪存键值缓存系统能够适应不同应用负载,以减少SSD写流量。以开源闪存键值缓存系统Fatcache为基础,设计实现了基于slab热度存储管理的闪存键值缓存系统原型IFatcache-SPOPB。实验结果表明,SPOPB方案相比于原Fatcache系统,SSD写流量可以最大减少63.6%,SSD内部擦除次数减少55.6%,系统性能最大可以提高42%。

关键词：键值缓存固态盘 slab热度写流量

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