一种基于热数据识别技术的UBIFS优化方案

NAND Flash介质具有特殊的物理性质,传统文件系统不能直接对NAND Flash进行管理,容易造成NAND Flash设备性能下降、磨损不均衡等负面影响。闪存文件系统将FTL与文件系统功能有机地结合起来,可更好地发挥NAND Flash的高性能。无序区块镜像文件系统(Unsorted Block Image File System,UBIFS)是一种被广泛使用的闪存文件系统,但其存在着写放大和垃圾回收操作频繁触发等问题。针对UBIFS中存在的问题,提出利用多哈希函数的哈希表对热数据进行识别,以降低热数据识别开销,提高热数据识别的准确率;采用多日志技术,将不同热度的日志、数据分开存放,以减少垃圾回收触发频率;采用热数据日志延迟提交技术来减少UBIFS中日志提交带来的元数据修改,进而减少了写放大产生的次数。测试与分析表明, 与原UBIFS相比,优化后的UBIFS的系统内部写物理块的次数减少5%~10%,垃圾回收操作触发的次数减少了7%~13%,同时系统的IOPS提高了5%~18%,系统性能下降现象得到了有效缓解。     

基于逻辑区间热度的NAND闪存垃圾回收算法

针对现有的NAND闪存垃圾回收算法中回收性能不高,磨损均衡效果差,并且算法内存开销大的问题,提出了一种基于逻辑区间热度的垃圾回收算法。该算法重新定义了热度计算公式,把连续逻辑地址的NAND内存定义为一个热度区间,以逻辑区间的热度来代替逻辑页的热度,并将不同热度的数据分开存储到不同擦除次数的闪存块上,有效地实现了数据冷热分离,并且节约了内存空间。同时,算法还构造了一种新的回收代价函数来选择回收块,在考虑回收效率的同时,还兼顾了磨损均衡的问题。实验结果表明,该算法与性能优异的FaGC算法相比,总的擦除次数减少了11%,总的拷贝次数减少了13%,擦次数最大差值减少了42%,内存消耗能减少了75%。因此,该算法有利于增加闪存可用空间,改善闪存系统的读写性能,延长闪存使用寿命。     

基于NAND Flash的嵌入式文件系统的改进与优化

以NAND Flash为介质的嵌入式文件系统主要存在两方面的不足：启动加载过长、对磨损平衡考虑不足。针对这两点不足，实现了一个新的NAND Flash文件系统，它通过改变数据节点的管理，将文件的控制信息和数据信息分开存储，缩短了启动加载时间；通过在垃圾回收时使擦除块交替存储冷热数据，实现了各擦除块间的磨损平衡。     

通过差值和压缩减少SSD的擦除次数*

作为SSD(solid state drives)的存储元件,NAND闪存在进行写之前,存储单元必须先进行擦除,因此被称作写一次存储器。SSD的使用寿命受到存储单元的擦除次数的限制,因此减少擦除次数对于SSD的可靠性十分重要。提出了一种通过编码压缩后的差值信息的方法来对SSD中写过一次的页面进行二次写,从而减少SSD的擦除次数,延长使用寿命。首先计算物理页面中更新前后的数据的差值,然后将差值数据进行压缩,再将压缩后的数据进行编码后保存在写过的物理页中的可写位中,以此实现写过物理页的二次写。实验结果表明,对于数据更新为主的应用,该方法能够充分利用写过的物理页中的可写位,大幅减少SSD的擦除次数。     

谁是最佳“环卫工”？主流SS哇控垃圾回收性能漫谈

许多SSD用户都会发现一个问题：随着SSD剩余空间越来越小，传输性能也会大打折扣。显然，这是主控的垃圾回收机制在辛苦运作，不停地对页和块的数据进行搬运、擦除、合并，当然也就无法全身心扑到数据传输上。只是对于不同的主控而言，它们“回收垃圾”的效率，谁会表现得更好一点？     

基于逻辑页冷热分离的NAND闪存磨损均衡算法

针对现有的NAND闪存垃圾回收算法对磨损均衡考虑不足的问题,提出了一种基于逻辑页冷热分离的NAND闪存磨损均衡算法。算法同时考虑了无效页的年龄、物理块的擦除次数以及物理块更新的频率,采用混合模式选择回收符合条件的物理块。同时,推导了一种新的逻辑页热度计算方法,并将回收块上有效页数据按照逻辑页的热度进行了冷热分离。实验结果表明,与GR算法、CB算法、CAT算法以及FaGC算法相比,该算法不仅在磨损均衡上取得了很好的效果,而且总的擦除次数与拷贝次数也有了明显减少。     

磨损均衡算法在NAND Flash管理中的改进

由于Flash具有擦除次数有限、先擦后写的特点,会带来使用寿命有限的缺陷。为延长其预期使用寿命,普遍采用磨损均衡算法对各存储单元进行管理。该算法核心在每次写操作时将新数据写入到最少被使用的物理块中。本文对该算法在垃圾回收策略和对静态文件管理方式做出改进。垃圾回收时在遵照磨损均衡原则的前提下提高写入数据效率,同时增强该算法对不同类型的文件存储单元管理能力,从而达到更加有效的磨损均衡。     

WAPFTL:支持预测机制的负载自适应闪存转换层算法

基于NAND Flash的固态盘凭借其低延迟、低功耗、高可靠性等优点,已经开始应用于企业级服务器和高性能计算领域。针对固态盘相对较差的写性能及使用寿命有限等不足,提出了一种闪存转换层中基于页映射机制的自适应地址映射算法WAPFTL。该算法能够在地址转换过程中预测负载读写特性并自适应地调整地址映射信息缓存的策略。实验结果表明,WAPFTL能够高效协同利用负载的时间局部性和空间局部性,提高地址映射命中率,减少因地址映射而引起的额外写操作次数;同时,有效减少了垃圾回收次数,提高了SSD整体性能。     

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．     

GC-RAIS:一种基于垃圾回收感知的固态盘阵列

垃圾回收操作会显著影响固态盘的性能,进而导致固态盘阵列的性能波动.为此,提出一种基于垃圾回收感知的磁盘阵列(GC-RAIS),充分利用固态盘的高随机读特性和固态盘阵列中的热备份盘,以减轻垃圾回收操作对固态盘阵列性能波动的负面影响.当固态盘阵列中某个固态盘正在处理垃圾回收操作时,对于到达该固态盘的读请求采用重构方式处理,即读取同一条带上其他固态盘上的数据重构得到,而对于到达该固态盘的写请求则将写数据临时存放在热备盘中,并更新相应的校验信息.当垃圾回收过程结束后,将被重定向的写数据写回到正确的固态盘中.仿真实验结果表明相对局部垃圾回收LGC策略和全局垃圾回收GGC策略,GC-RAIS分别减少用户I/O请求的平均响应时间达55％和25％.     

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%。     

基于嵌入式Java虚拟机的垃圾收集优化算法

对分代垃圾收集算法进行分析和改进,提出一种适用于嵌入式Java虚拟机的垃圾收集优化算法。采取动态的分代方式,将旧生代的回收工作细分,从而充分利用堆空间,缩短分代回收中全收集导致的停顿时间。实验结果表明,该算法能保持较高的垃圾收集效率,系统平均停顿时间较少。     

KVM中的垃圾回收策略

Java虚拟机（JVM）的垃圾回收是由虚拟机设计者自行设计的部分。传统的垃圾收集方法往往收集时间过长，程序员对安排CPU时间进行内存回收缺乏控制。本文主要讨论的是基于嵌入式系统的JVM在垃圾回收上的策略，该策略在分代回收的基础之上采用渐进收集的思想，最终获得非破坏性垃圾收集的效果。     

使用固态硬盘管理主存KV数据库的虚拟内存

主存键值(key-value,KV)数据库具有高效性、易用性和可扩展性.由于主存容量有限,一些数据量较大的应用必须使用磁盘进行数据交换.而固态硬盘(solid state disk,SSD)有高速的随机读特点,使用固态硬盘作为主存KV数据库的虚拟内存会提高对不在主存中的数据的读性能.但是固态硬盘的随机写性能较差,于是提...     

Lock-free garbage collection for multiprocessors

Garbage collection algorithms for shared-memory multiprocessors typically rely on some form of global synchronization to preserve consistency. Such global synchronization may lead to problems on asynchronous architectures: if one process is halted or delayed, other, nonfaulty processes will be unable to progress. By contrast, a storage management algorithm is lock-free if (in the absence of resource exhaustion) a process that is allocating or collecting memory can be delayed at any point without forcing other processes to block. The authors present the first algorithm for lock-free garbage collection in a realistic model. The algorithm assumes that processes synchronize by applying read, write, and compare&swap operations to shared memory. This algorithm uses no locks, busy-waiting, or barrier synchronization, it does not assume that processes can observe or modify one another's local variables or registers, and it does not use inter-process interrupts     

一种基于请求大小的固态盘I／O调度算法

对于同类型的I／O请求,基于闪存固态盘的请求响应时间与请求大小基本呈线性比例关系,并且固态盘的读写性能具有非对称性。针对该特性,提出一种基于请求大小的固态盘I／O调度（SIOS）算法,从I／O请求平均响应时间的角度提高固态盘设备的I／O性能。根据读写性能的非对称性,对读写请求进行分组并且优先处理读请求。在此基础上首先处理等待队列中的小请求,从而减少队列中请求的平均等待时间。采用SLC和MLC2种类型的固态盘进行实验,在5种测试负载的驱动下与Linux系统中的3种调度算法进行比较,对于SLC固态盘,SIOS平均响应时间分别减少18．4％、25．8％、14．9％、14．5％和13．1％,而对于MLC固态盘,平均响应时间分别减少16．9％、24．4％、13．1％、13．0％和13．7％,结果表明,SIOS能有效减少I／O请求的平均响应时间,提高固态盘存储系统的I／O性能。     

基于SCM与SSD的混合高效键值存储系统研究

具有高性能以及非易失特性的SCM（Storage Class Memory,存储级内存）技术逐渐成熟并开始运用到存储系统设计中,而传统的SSD仍然在存储容量上具有优势,为键值存储系统提供大容量存储的支持。现有键值存储系统不能充分发挥SCM与SSD混合存储架构的优势,需要对数据布局以及系统结构进行重新设计。针对SCM和SSD的特点,设计了基于SCM与SSD的混合式高效键值存储系统（SCM and SSD Hybrid Key-Value store,SSHKV）。SSHKV通过将键值存储中元数据信息存储到SCM中,将数据部分以日志方式存储到SSD中,实现性能与容量的兼顾。在SSD空间管理上,SSHKV采用逻辑空间放大策略,通过重映射TRIM指令释放的无效空间,减小了垃圾回收带来的数据迁移开销。SSHKV基于半异步半同步式IO模型实现,经过对比测试,SSHKV的随机写入性能相较于传统基于LSM-Tree的LevelDB提升了约20倍。     

Java虚拟机垃圾收集器的性能分析与调节

垃圾收集器是Jaya虚拟机(JVW)的核心组成部分之一，对Java虚拟机的性能有非常重要的影响。本文将介绍GC的工作原理以及对象回收算法，重点介绍JVM的分段回收技术；剖析JVM自带的GC性能分析工具；阐述如何通过命令行参数调节GC的运行，提高GC的效率。     

支持高并发访问的新型NVM存储系统

I/O系统软件栈是影响NVM存储系统性能的重要因素。针对NVM存储系统的读写速度不均衡、写寿命有限等问题，设计了同异步融合的访问请求管理策略；在使用异步策略管理数据量较大的写操作的同时，仍然使用同步策略管理读请求和少量数据的写请求。针对多核处理器环境下不同计算核心访问存储系统时地址转换开销大的问题，设计了面向多核处理器地址转换缓存策略，减少地址转换的时间开销。最后实现了支持高并发访问NVM存储系统（CNVMS）的原型，并使用通用测试工具进行了随机读写、顺序读写、混合读写和实际应用负载的测试。实验结果表明，与PMBD相比，所提策略能提高1%~22%的读写速度和9%~15%的IOPS，验证了CNVMS策略能有效提高NVM存储系统的I/O性能和访问请求处理速度。