一种基于闪存的混合存储仿真系统

近年来闪存发展非常迅速,已成为一种大容量、高性能、低功耗、非易失的新型存储产品,其可以有效弥补内存和磁盘的性能差距完善存储系统。为此,设计一种基于闪存的混合存储仿真系统HybridArch,增加文件分布层,支持文件的分割、分布和文件接口访问,并实现5种混合存储体系结构,包括传统的内存-磁盘双层结构、纯闪存结构、闪存作为部分磁盘结构、塔式结构和水平缓存结构。基于HybridArch对上述混合存储体系结构进行仿真实验,分析比较其在性能和闪存写入量等方面的优劣,结果表明,水平缓存体系结构在性能、性价比、闪存设备寿命等方面综合表现较好。     

冷数据集中的流媒体存储系统节能方法

快速增长的数据量使流媒体存储系统在降低能耗方面遇到严峻的挑战,而针对流媒体应用而进行的节能方法的研究还很少。在对流媒体存储系统的节能问题进行详细建模的基础上,定量地分析了数据分布对节能和流媒体服务质量的影响,发现只有冷门数据的分布对节能的贡献最大,而且对服务质量的负面影响最小。提出了一种冷数据集中的节能方法,亦即将最冷的一部分数据集中存储在部分磁盘上来优化节能效果。实验表明,冷数据集中的节能算法在保障服务质量的前提下,使流媒体存储系统的节能效果获得了显著的提升。     

一种高效的闪存存储系统偏好访问模式识别技术研究

闪存已经是目前使用最为广泛的存储设备。众所周知,闪存对访问模式具有极大的敏感性,比如随机与顺序访问模式、冷热访问模式以及写聚集和分段顺序写模式等。此外,闪存设备的很多部件也对这些访问模式具有较大的敏感性。因此,闪存偏好访问模式的识别技术对闪存存储系统的性能和设计具有重要意义。首先给出闪存存储的偏好模式定义,然后提出了闪存存储系统偏好模式的识别技术。实验表明,所提出的偏好模式识别技术具有很高的准确性。     

基于闪存的混合存储系统缓冲区管理算法

由于基于闪存的混合存储系统充分利用了闪存的高速随机读和磁盘的快速顺序写的特性,近年来已经成为了数据库管理系统的二级存储层的高效存储模式,但其I/O访问开销是一个继续提高存储性能的瓶颈.为了降低混合存储系统的I/O访问开销,提出了一种自适应缓冲区管理算法DLSB.该算法根据数据页的逻辑代价和物理代价进行自适应的数据域选择;并在选择的数据域中,比较闪存队列和磁盘队列容量的实际值与理想值来确定数据页的置换,达到了提高I/O访问效率的目的.实验结果表明,该算法有效且可行,显著降低了混合存储系统的I/O访问开销.     

一种时间敏感的SSD和HDD高效混合存储模型

基于闪存的固态硬盘(Solid State Driver,SSD)已成为目前广泛使用的一种持久存储设备.但是由于闪存不对称的I/O特性以及价格因素,SSD还不能完全取代传统硬盘(Hard Disk Driver,HDD).因此,由SSD和HDD组成的混合存储系统逐步成为目前研究的重点.文中针对SSD和HDD混合存储问题,提出了一个时间敏感的混合存储模型用来有效地利用SSD.该模型把SSD和HDD作为同级的存储设备,结合数据页的访问次数以及访问热度实现对页面的准确分类和分配,即将读倾向负载的hot页面分配到SSD存储,写倾向负载的页面或者cold页面分配到HDD存储,从而利用SSD和HDD不对称的I/O特性来降低系统总的I/O延迟.作者分别在基于高端SSD和中端SSD的混合存储系统上实现了提出的混合存储模型,并进行了性能评测.实验结果显示,作者提出的模型可以实现对数据页更准确的分类,可以有效地降低页面迁移代价,在较少的SSD存储条件下取得了显著的性能提升.     

闪存存储系统综述

闪存因其低延迟、高并发、低能耗、体积小等特点受到了广泛关注.首先讨论了简单利用闪存固态盘替换传统磁盘的方式隐藏了闪存特性,限制了软件系统对闪存特性充分利用的不足.然后,分析并比较了现有包括闪存加速卡、闪存阵列、基于闪存的分布式集群系统等基于存储介质直接构建的闪存存储系统的特点,归纳了其通过改变硬件接口、调整软件或控制器管理模块、匹配处理器与I/O处理能力等方式实现系统低延迟、高可靠、低能耗等特性的优化方法.然后重点讨论了闪存存储系统3个方面的关键技术:基于I/O栈调整与重构的存储性能优化、系统级可靠性、体积与能耗.最后总结了闪存存储系统的现状与特点,并指出未来可能的研究方向.     

OHPSS:一种基于对象的高性能存储系统

现有存储系统主要存在以下问题:信息存储规模有限、系统结构限制了高速应用范围以及系统实时性和可靠性不够.为了满足大容量、高效、可扩展和高服务质量的存储系统需求,提出了一种基于对象的高性能存储体系结构--OHPSS.其特点是充分利用对象属性并采用适应性服务,达到提高访问性能的目的;基于对象存储设备(OBSD)有处理器和操作系统的硬件支持,既可避免系统性能瓶颈,又能提供异步I/O方式;存储磁盘采用SRAID(similar RAID)结构,提高了磁盘的并行性和可扩展性.测试结果表明,与其他存储系统相比,该存储结构显著提高了小块数据的随机读/写性能,并且多线程 异步I/O的工作方式也使系统扩展性得到了显著提高.     

基于相变存储器和闪存的数据库事务恢复模型

随着闪存容量不断增大、价格不断下降,闪存在实际存储系统上得到了越来越广泛的应用.但是,闪存的页级读写、异位更新、有限寿命等阻碍了闪存数据库系统的性能提升,尤其是事务恢复.闪存的异位更新使得影子页技术可以很好地支持闪存数据库事务恢复,同时也给闪存数据库带来新挑战,如事务管理、缓冲区管理.相变存储器凭借其比闪存更高的读写速度、更小的读写粒度、更长的寿命成为了下一代主流存储技术,所以相变存储器可以用于解决在闪存数据库中使用影子页技术所产生的事务管理和缓冲区管理问题.该文基于相变存储器和闪存混合式存储提出一种全新的数据库事务恢复模型——SPFP.该模型充分利用相变存储器的特性完成事务管理.为支持非强制缓冲区管理,基于SPFP提出了一种优化的数据库事务恢复模型——SPFLP,利用相变存储器记录更多事务信息.实验结果表明,相较于全闪存存储的数据库系统,SPFLP大大提高了基于混合存储的数据库事务处理性能.     

云存储系统节能研究综述

云存储系统作为云计算的重要组成部分,是各种云计算服务的基础。但随云存储系统规模的不断扩大和在设计时对能耗因素的忽略,使其日益暴露出高能耗、低效率的问题。因为云存储系统占整个云计算中心能耗的27%～40%,所以无论从降低服务提供商的运营成本,还是从降低能耗以保护环境的角度出发,研究云存储系统中的节能技术都具有很大的现实意义与应用前景。将存储系统中的能耗优化问题分为基于硬件的节能方法与基于调度的节能方法两大类进行讨论;并将基于调度的节能方法分为基于节点调度、基于数据调度和基于缓存预取技术3类进行综合比较;最后,对适应节能的云存储体系结构、节能模式下的QoS保证、节能模式与计算模式的匹配以及纠删码容错技术下的节能研究4个方向进行了展望。     

基于SSD SMR混合存储的LSM树键值存储系统的性能优化

大数据对存储系统的可扩展性、性能和成本等方面提出了更高的要求。瓦记录(Shingled Magnetic Recor-ding,SMR)硬盘由于存储密度高、价格便宜,正逐步被广泛应用于大数据存储系统。但是,SMR硬盘的随机写性能较差,与快速的基于闪存的固态硬盘(Solid State Drive,SSD)一起构成混合存储时可以显著提升性能。同时,基于写优化的日志结构合并(Log-Structured Merge,LSM)树的键值存储已被广泛应用于许多NoSQL系统,如BigTable,Cassandra和HBase等。因此,如何基于新型的SSD-SMR混合存储构建出高性能的LSM树键值存储系统是一个具有很大研究价值的问题。首先建立基于SSD-SMR混合存储的LSM树键值系统的性能模型,然后针对SSD和SMR的硬件特征以及LSM树键值存储的软件特点,设计了一套面向SSD-SMR混合存储进行性能优化的LSM树键值存储系统,并基于LevelDB实现了该系统。在仅仅使用0.4%～2%空间的SSD的情况下,所提方法可以使SSD-SMR混合存储方案比普通磁盘方案的随机写性能提高20%,随机读性能提高5倍。     

基于iSCSI技术的流媒体存储系统研究

本文简要分析了视频监控领域流媒体存储的主要特点,提出了两种使用iSCSI协议实现实时流存储系统的结构,针对使用流媒体服务器的结构,进行了系统原型设计和实现,并对其性能进行了测试。测试结果表明,原型系统存储性能满足高清网络视频监控系统的需求。     

一种基于优化混合调度策略的P2P VoD系统的研究与设计

现有的P2P视频点播系统在性能指标方面还存在着不足。在分析现有P2P流媒体体系结构及调度策略的基础上,提出了一种在网状结构的P2P视频点播系统上的优化混合调度策略,讨论了系统相关的节点管理和资源定位等关键技术。系统采用随机走和tracker服务器结合的资源定位机制,在保证快速定位的同时很好地减轻了tracker服务器的负担,通过紧急下载与基于锚节点的数据预取的混合式调度策略较好地降低用户的等待时延,改善了用户体验。     

结合CDN与P2P技术的混合流媒体系统研究

对基于CDN和P2P的流媒体系统进行了分析对比,指出了它们各自的优缺点,并根据因特网的结构特点,给出了一种结合这两种技术的混合流媒体系统的设计方案,提出了客户机端的内容缓存替换问题并给出了一种替换算法,对客户机离线的随机性与频繁性问题,文中给出了一种新的失效服务节点的快速替换查找策略。     

无线流媒体主动弃帧策略的仿真研究

仿真研究IEEE802.11g无线网络环境下实时流媒体的性能,在分析和探讨支持实时流媒体应用时无线网络性能瓶颈的基础上,提出一种改进策略--主动弃帧.仿真结果表明,这一策略显著改善了网络性能,为实时流媒体在WLAN上的应用提供更好的服务质量.     

SMARC：一种结合SLC和MLC的混合固态盘架构

提出了一种新的内部混合架构的SSD（SMARC）, 它同时包含SLC和MLC闪存体, 而不是只有SLC或MLC。通过定期在两个不同部分（SLC和MLC区域）之间根据运行的工作负载动态迁移数据, 所提出的架构能够充分利用各自的优势互补, 以提高系统整体的性能、可靠性和能源消耗。关于各种工作负载的仿真结果显示出, SMARC可以有效地改善近一个数量级的性能, 同时, 显著地提高可靠性和减少能源消耗。而且, SMARC可以很容易地扩展以提供各种差异化的存储服务, 为现代存储系统提供重要的应用。     

核心路由器的流媒体业务支持策略

流媒体在互联网应用中占有越来越重要的地位,要实现核心网对各种流媒体业务的有效支持,必须在核心节点处解决流媒体业务对延时、带宽、QoS等方面的性能要求.从流媒体的业务识别、流保序、QoS保证、组播复制几个方面,探讨了核心路由器的流媒体支持方案.     

基于磁盘和固态硬盘的混合存储系统研究综述

大数据和云计算环境下海量增长的数据对存储系统的超高容量和体系结构带来了极大的挑战。目前存储系统的发展趋向于大容量、低成本和高性能,然而任何单一的存储器件如传统的机械磁盘（HDD）、固态硬盘（SSD）、非易失型性随机存储器等由于其固有的物理特性的限制,并不能满足以上的需求。将不同的存储介质混合组合成高效的存储系统是一个好的解决方法,固态硬盘作为一种高可靠性、低能耗、高性能的存储器被越来越广泛地运用到混合存储系统。通过将固态硬盘与传统磁盘进行组合,利用固态硬盘的高性能和传统磁盘低成本大容量的特点,能够为用户提供大容量的存储空间,保证系统的高性能,同时还能降低成本。通过阐述SSD与HDD混合存储系统的研究现状,对不同的SSD与HDD混合存储系统进行分类总结;然后针对缓存架构和设备同层架构这两种目前最流行的存储架构中涉及到的关键技术和不足进行讨论;最后对基于SSD和HDD的混合存储技术进行概括总结,并对今后该领域的研究重点和方向进行展望。     

云环境下P2P流媒体传输关键技术

随着流媒体应用需求的日益增加,不断改进和完善现有流媒体系统性能势在必行,将云计算引入流媒体系统成为未来流媒体系统的一大趋势．本文简单分析了云计算、CDN（ContentDeliveryNetwork）St]P2P（PeertoPeer）网络的优缺点和研究现状．主要讨论并分析了云环境下的P2P流媒体传输系统所面临的带宽问题、流媒体数据处理、服务质量问题和系统中的关键技术——虚拟化技术、存储管理技术、调度技术和复制技术．此外,从搭建云计算实验环境角度。本文列举了目前比较流行的5种仿真实验手段．     

FeGC: An efficient garbage collection scheme for flash memory based storage systems

NAND flash memory is a promising storage media that provides low-power consumption, high density, high performance, and shock resistance. Due to these versatile features, NAND flash memory is anticipated to be used as storage in enterprise-scale systems as well as small embedded devices. However, unlike traditional hard disks, flash memory should perform garbage collection that consists of a series of erase operations. The erase operation is time-consuming and it usually degrades the performance of storage systems seriously. Moreover, the number of erase operations allowed to each flash memory block is limited. This paper presents a new garbage collection scheme for flash memory based storage systems that focuses on reducing garbage collection overhead, and improving the endurance of flash memory. The scheme also reduces the energy consumption of storage systems significantly. Trace-driven simulations show that the proposed scheme performs better than various existing garbage collection schemes in terms of the garbage collection time, the number of erase operations, the energy consumption, and the endurance of flash memory.