基于ARC的闪存数据库缓冲区算法

闪存是一种纯电子设备,具备体积小、数据读取速度快、能耗低、抗震性强等优点,被用来部分替代机械硬盘从而提升存储系统的性能.但是,现有的缓冲区置换算法都是针对机械硬盘的物理特性进行设计和优化,因此有必要针对闪存的物理特性重新设计缓冲区置换算法.提出一种新的面向闪存数据库的缓冲区替换算法CF-ARC.算法设计了一种新的页替换机制,即在替换干净页或者脏页的时候考虑其访问频度的大小,优先将访问频度少的干净页替换出缓冲区,使得热页继续留在缓冲区提高命中率,从而获得更好的性能,通过对实验结果的对比分析发现CF-ARC在多数情况下具有比其它置换算法更高的性能.     

一种针对闪存的高效缓冲区置换算法

随着闪存容量的不断增长和闪存应用的日益广泛,针对闪存的缓冲区管理已成为一个迫切需要解决的问题.针对闪存的写代价显著高于读代价的特性,提出一种针对闪存的页面置换算法LEAC.LEAC根据页面的读写负载和闪存的读写代价差异对换出页面引起的预期闪存访问开销进行评估,优先换出预期访问开销最低的页.实验表明,LEAC可以显著降低闪存访问开销.     

基于写数据页聚簇的固态硬盘缓冲算法

针对Flash写前需擦除,读写I／O开销不均衡等固有缺陷,研究面向闪存缓冲区管理,对提高基于Flash的固态硬盘（SolidState Disk,SSD）访问性能具有重要理论意义和应用价值．通过分析SSD关键技术及现有缓冲区管理算法,实现了一种适用于SSD的基于写数据页聚簇缓冲算法．文章中详细介绍了该算法关键技术及原理,并通过FlashSim仿真平台实现SSD写缓冲．基于仿真结果与传统缓冲算法性能比对,分析得出该缓冲算法可降低SSD随机写次数和SSD数据存储分散性,并提升SSD响应速度．     

闪存数据库缓冲区置换算法综述

随着闪存技术的发展和闪存容量的不断增大,闪存存储被广泛应用,给闪存数据库管理带来机遇和挑战。因为闪存和磁盘读写方式不同,读写性能也有差别,所以对于闪存缓冲区的管理成为一个亟待解决的问题。为了提高闪存的访问性能,缓冲区置换算法在保证命中率的同时要尽量减少写和擦除操作的次数。对主流的闪存数据库缓冲区置换算法进行分析,比较了几种算法的优点和不足,并给出了未来研究的方向。     

FClock:一种面向SSD的自适应缓冲区管理算法

现有的各种基于闪存的缓冲区管理算法针对闪存读写代价的不对称性进行改进,实际中既存在同一闪存读写代价的不对称性问题,也存在不同闪存不对称性之间的巨大差异性问题,而后者一直没有得到足够的重视.文章提出一种基于闪存硬盘(SSD)的自适应缓冲区管理算法FClock,FClock将数据页组织为两个环形数据结构(CC和DC),分别用于存储缓冲区中的只读数据页和已修改数据页.当需要选择置换页时,FClock使用基于代价的启发式来选择置换页,可在未修改的数据页和已修改的数据页之间进行公平的选择,适用于不同种类的SSD.针对数据库、虚存和文件系统中数据页访问存在高相关性的特点,提出基于"平均命中距离"的访问计数方法来调整数据页的访问频率.基于不同SSD和不同存取模式的实验结果说明,FClock的综合性能优于已有方法.     

PostgreSQL闪存缓冲区置换算法扩展与性能验证

针对闪存缓冲区置换算法的性能验证基本采用仿真模拟的现状,提出了一种基于PostgreSQL的有说服力的性能验证方法,重点讨论了在PostgreSQL上扩展闪存缓冲区置换算法的方法和实现技术,并以CFLRU(clean first least recently used)和CCFLRU(cold clean first least recently used)算法为例,给出了具体的扩展过程。然后以一块固态硬盘作为数据存储设备进行性能测试,测试结果证明了基于PostgreSQL的扩展方法在缓冲区置换算法性能验证上的有效性。     

基于替换概率的闪存数据库缓冲区替换算法

闪存具有和传统磁盘不同的特性,包括写前擦除、异地更新、读写延迟非对称等.传统的面向磁盘的缓冲区替换算法无法在闪存数据库系统中获得较好的性能.文中提出了一种新的面向闪存数据库的缓冲区替换算法——APB-LRU,其特点:(1)该算法将缓冲区分为冷区和热区,用来捕获数据访问频度,前者用于存放只访问过一次的数据页,后者用于存放至少访问过两次的数据页;(2)采用了其它研究所没有的概率替换机制,即以较大的概率替换冷区中的干净页,以较小的概率替换冷区中的脏页,从而避免了冷脏页长期驻留缓冲区的情况,提高了命中率,获得了较好的整体性能;(3)设计了冷、热区比例动态变化机制,可以根据工作负载的变化动态调整冷、热区所占缓冲区的比例,从而使得替换算法在不同的负载模式下都可以取得较好的性能.基于不同测试数据集的大量实验结果表明,APB-LRU算法具有比其它已有的算法更好的性能.     

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.     

一种运用块级局部性的闪存缓存管理策略

闪存被广泛应用在电子产品的存储设备中, 针对闪存的研究也日益得到重视. 基于访问的局部性原理, 并结合闪存读写代价的差异性, 提出了一种针对闪存特点运用块级局部性原理的cache缓存管理算法LRU-BLL. 实验表明, 这种方法有效地提高了缓存的命中率, 并且减少了缓存的脏页回写次数和提高了缓冲区的平均换出长度.     

基于代价的闪存数据库缓冲区置换算法

提出一种基于闪存硬盘(solid state disk,简称SSD)的自适应缓冲区管理算法CBLRU,其将数据页的置换代价与其驻留内存的影响相结合,为每个数据页附加一个权值,当发生页缺失问题时,选择具有最小权值的数据页进行置换,从而可以在延长修改页驻留缓冲区的同时,避免某些修改页长期占用缓冲区中有效空间问题的发生.由于...     

利用页面重构与数据温度识别的闪存缓存算法

基于闪存的固态盘(SSD)具有比磁盘更加优越的性能,并且在桌面系统中逐渐替代磁盘。但是,尽管在SSD中嵌入了DRAM作为缓存,闪存在不断写入的过程中也可能产生不稳定的写性能,主要是因为逻辑页写入时会频繁引发非覆盖写和垃圾回收操作。针对此问题,提出了一种叫作PRLRU的新型闪存缓存管理方法,通过页面重构机制以及数据温度识别机制来管理缓存区。页面重构机制把即将回写的有效数据未满一个整页大小的页与多个其他有效数据不足一个页大小的页进行数据重组后再回写至闪存,通过尽可能减少非覆盖写操作来达到减少实际写操作的目的。数据温度识别机制通过对缓存页进行温度等级标记,按预定优先级顺序回写缓存页。对真实负载进行测试,实验结果表明,PRLRU能够有效提高SSD性能并延长SSD使用寿命,与LRU、BPLRU和2QW-Clock三种算法相比,写性能平均分别提高了34.5%、22.8%和28.8%,读性能平均分别提高了12.5%、10.6%和8.3%,垃圾回收数量平均分别降低了10.5%、8.7%和6.3%。     

Recovery analysis of data sharing systems under deferred dirty pagepropagation policies

In a multinode data sharing environment, different buffer coherency control schemes based on various lock retention mechanisms can be designed to exploit the concept of deferring the propagation or writing of dirty pages to disk to improve normal performance. Two types of deferred write policies are considered. One policy only propagates dirty pages to disk at the times when dirty pages are flushed out of the buffer under LRU buffer replacement. The other policy also performs writes at the times when dirty pages are transferred across nodes. The dirty page propagation policy can have significant implications on the database recovery time. In this paper, we provide an analytical modeling framework for the analysis of the recovery times under the two deferred write policies. We demonstrate how these policies can be mapped onto a unified analytic modeling framework. The main challenge in the analysis is to obtain the pending update count distribution which can be used to determine the average numbers of log records and data I/Os needed to be applied during recovery. The analysis goes beyond previous work on modeling buffer hit probability in a data sharing system where only the average buffer composition, not the distribution, needs to be estimated, and recovery analysis in a single node environment where the complexities on tracking the propagation of dirty pages across nodes and the buffer invalidation effect do not appear     

基于内存关联分析的预拷贝迁移优化策略

内存预拷贝迁移在密集型负载下存在内存脏页反复传输的问题,导致迭代轮数较多且大幅降低了内存预拷贝迁移的整体性能。脏页概率预测能够有效减少内存脏页反复传输的现象,然而现有脏页概率预测研究都只关注时间相关性而未考虑内存之间的空间相关性。针对该问题,提出一种基于内存关联分析的预拷贝迁移策略。通过脏页率对脏页下一轮变脏概率进行预测,设计Memory_cor算法计算出脏页的关联规则和关联内存页,避免变脏概率大的内存页及其关联内存页传输。实验结果表明,该策略在总迁移时间和停机时间上优于Xen预拷贝迁移方法。     

利用多维分级Cache替换策略减少对PCM内存写回量

寻找新型存储材料代替DRAM内存是当前的一个研究热点。相变存储PCM因其具有低功耗、高存储密度和非易失性的优点受到广泛的关注,然而PCM的可擦写次数有限,要用作内存必须考虑如何减少对其的写操作。针对该问题,一种有效的解决方法是优化Cache替换策略,减少Cache中脏块被替换出的数量。现有研究主要通过在插入和访问命中时给脏块设定较高的保护优先级来达到给脏块额外保护的目的,但是在降级过程中不再对脏块与干净块进行区分,这导致Cache可能在存在大量干净块的情况下仍然先替换脏块。提出一种新型的Cache替换策略MAC,它通过一个多维分级结构在脏块与干净块之间设置了不可逾越的界限,使得脏块能得到更有力的保护。模拟实验表明,相对LRU替换策略,MAC以较低的硬件开销代价平均减少约25.12%的内存写,同时对程序运行性能几乎没有影响。     

基于数据更新间隔的NAND闪存垃圾回收算法

闪存因具有速度快、体积小等优点而广泛应用于数据存储领域,为提高NAND闪存的垃圾回收效率、延长闪存使用寿命,提出一种基于数据更新间隔的垃圾回收算法UIGC。计算闪存中空闲页的分散度,将其作为垃圾回收触发条件。从垃圾回收效率和磨损均衡效果2个方面出发,综合考虑块中无效页年龄累计和以及块中有效页比例,使用动态回收块选择和静态回收块选择相结合的策略来选择目标回收块,根据回收块中有效页数据更新间隔判断有效页热度,同时提出数据更新稳定性的概念来划分有效页的数据更新状态,将具有不同热度和更新状态的有效页数据分别存储在不同的空闲块中,从而提高块中数据的同步更新概率。实验结果表明,UIGC算法相较于CAT、FaGC等现有垃圾回收算法具有更优的垃圾回收效率和磨损均衡效果,并能有效延长闪存使用寿命。     

An effective pre-store/pre-load method exploiting intra-request idle time of NAND flash-based storage devices

NAND flash-based storage devices (NFSDs) are widely employed owing to their superior characteristics when compared to hard disk drives. However, NAND flash memory (NFM) still exhibits drawbacks, such as a limited lifetime and an erase-before-write requirement. Along with effective software management, the implementation of a cache buffer is one of the most common solutions to overcome these limitations. However, the read/write performance becomes saturated primarily because the eviction overhead caused by limited DRAM capacity significantly impacts overall NFSD performance. This paper therefore proposes a method that hides the eviction overhead and overcomes the saturation of the read/write performance. The proposed method exploits the new intra-request idle time (IRIT) in NFSD and employs a new data management scheme. In addition, the new pre-store eviction scheme stores dirty page data in the cache to NFMs in advance. This reduces the eviction overhead by maintaining a sufficient number of clean pages in the cache. Further, the new pre-load insertion scheme improves the read performance by frequently loading data that needs to be read into the cache in advance. Unlike previous methods with large migration overhead, our scheme does not cause any eviction/insertion overhead because it actually exploits the IRIT to its advantage. We verified the effectiveness of our method, by integrating it into two cache management strategies which were then compared. Our proposed method reduced read latency by 43% in read-intensive traces, reduced write latency by 40% in write-intensive traces, and reduced read/write latency by 21% and 20%, respectively, on average compared to NFSD with a conventional write cache buffer.