闪存环境下B+树索引重访

闪存容量的增大使在其上构建大型系统成为可能,如何构建闪存数据库也成为数据库的热点研究领域之一。索引结构是数据库中必不可少的结构之一,而B+树是最广泛使用的索引结构。这里对存储在闪存芯片模拟器及固态硬盘上的B+树性能进行了测试及分析。首先介绍了闪存的IO特点,并测试了固态硬盘的基本IO特性。接着,对B+树的插入和查询效率进行了详细地测试。测试发现节点大小,缓存大小,以及数据值的分布方式都会对B+树的性能带来很大影响。例如由于闪存的读取速度不对称,闪存的更新和查询操作最优块大小相差较大。这些测试结果为更好地在闪存上使用B+树索引,并进一步设计出更适合闪存的索引提供了指导。     

固态硬盘在InnoDB存储引擎中的应用研究

固态硬盘的出现解决了长期以来困扰存储引擎的IO瓶颈问题,根据固态硬盘的物理特性对InnoDB的r/w模块做适当的改进必将大幅提高数据库的性能.     

闪存固态硬盘系统结构与技术

闪存固态硬盘凭借其高性能、低功耗、非易失等特点已经被广泛应用于个人电脑、数据中心和云存储服务等.近10年来,随着制程工艺和微电子技术的发展,闪存固态硬盘的特性发生了显著的变化.首先介绍了闪存存储单元的基本结构和存储原理.然后讨论了闪存固态硬盘的多项控制器关键技术,包括缓存设备、地址转换层、垃圾回收、数据分配、磨损均衡以及纠错码等.这些关键技术将支撑闪存固态硬盘的正常运作.此外,探讨了闪存固态硬盘的并行结构,并分析了闪存固态硬盘并行性利用的限制条件以及最新的并行性优化工作.接着,分析了3D闪存固态硬盘的发展和堆叠式结构,并针对3D固态硬盘的性能和寿命优化工作进行了归纳和分析,提出了现有3D固态硬盘性能和寿命优化工作的不足.最后,总结了当前闪存固态硬盘的现状,并提出可能的未来研究方向.     

基于固态硬盘内部并行的数据库表扫描与聚集

随着基于闪存的固态硬盘在个人计算机和企业服务器上的广泛应用,固态硬盘受到学术界和工业界越来越多的关注.除了具有闪存存储器的优良特性之外,固态硬盘内部还具有丰富的并行特性.传统数据库系统的物理操作表扫描和上层聚集操作是针对磁盘的机械特性和对称读写特性而设计的,并不能发挥固态硬盘内部并行特性的优势.文中首先将固态硬盘作为一个黑盒进行探测以了解其内部的并行特性.在此基础上,对传统数据库表扫描操作进行相应的改进,提出一种并行表扫描模型ParaSSDScan以充分利用固态硬盘内部丰富的并行特性.其次,基于并行表扫描模型,文中还提出一种高效的并行聚集操作模型ParaSSDAggr,并利用该聚集操作模型实现几种常见聚集操作.最后,通过实验表明并行表扫描和并行聚集操作的性能较之传统数据库表扫描和聚集操作的性能分别提高了3倍和4倍,同时实验结果还表明并行聚集操作对内存的需求不大.并行表扫描和并行聚集操作大大提高了表扫描和聚集操作的性能,充分说明了固态硬盘内部并行特性的优越性.     

闪存、主控、缓存 固态硬盘最重要的三颗芯

SSD固态硬盘的普及,终于解决了Pc在存储性能上的短板。那么,这种依托于闪存技术的存储设备源何这般强劲？其背后又有哪些值得我们关注的技术？本文我们就以闪存领域领导品牌——闪迪旗下产品为例,探讨一下影响SSD性能表现的关键所在。 固态硬盘的三颗“芯” 与传统机械硬盘相比,固态硬盘最大的特点就是没有磁头、电机、磁盘等复杂的物理结构,而是由纯芯片构成的“电子硬盘”,因此在防震、节能和速度上有着先天的优势。随便拆开一款固态硬盘,都能在PCB板上看到无数颗芯片,而决定固态硬盘性能表现的,则是这些芯片中最为重要的三颗“芯脏”：闪存芯片、主控芯片和缓存芯片。     

闪存数据库管理系统的分析与设计

固态硬盘采用闪存作为存储介质,它的随机读取速度是磁盘的大约20倍,此外它还具有低功耗、抗震性强,体积小的特点,被认为是取代磁盘的新一代数据存储设备。但是传统的基于磁盘的数据库管理系统并不适用于固态硬盘,这使得固态硬盘并不能充分发挥它快速读取的优良性能。在近两年来,对闪存数据库管理系统的研究成为新兴的热门领域。本文对用于固态硬盘的闪存数据库管理系统作了简要的设计与分析。     

固态硬盘 叩开主流大门

更大的容量、更高的性能、更低的价格,这些优点帮助固态硬盘（SSD,可能称闪存硬盘更形象）适合于日常应用。几乎人人都昕到过围绕固态硬盘的炒作。但现在才看到固态硬盘作为适合日常使用的一种存储方案站稳了脚跟。固态硬盘市场充斥着大量的选择。我们从测试的几款最新固态硬盘中领略到了卓越性能,这证实了固态硬盘支持者认为这项技术颇具优势的说法。     

固态硬盘 叩开主流大门

更大的容量、更高的性能、更低的价格,这些优点帮助固态硬盘（SSD,可能称闪存硬盘更形象）适合于日常应用。几乎人人都昕到过围绕固态硬盘的炒作。但现在才看到固态硬盘作为适合日常使用的一种存储方案站稳了脚跟。固态硬盘市场充斥着大量的选择。我们从测试的几款最新固态硬盘中领略到了卓越性能,这证实了固态硬盘支持者认为这项技术颇具优势的说法。     

再创行业新标 英特尔发布520系列固态硬盘

英特尔推出了其目前最快、最强劲的客户端/消费类固态硬盘——英特尔520系列固态硬盘。英特尔520系列固态硬盘旨在为要求最苛刻的电脑爱好者、游戏玩家、专业人士或中小企业提供世界一流的性能,它具有较高的吞吐性能、新的安全性特性以及无与伦比的可靠性。英特尔520系列固态硬盘使用25nm NAND闪存制程技术,并采用固     

企业级固态硬盘最新进展及测试技术研究

企业级固态硬盘的垃圾回收机制可能引发性能抖动,从而导致业务系统延迟甚至出错。介绍了企业级固态硬盘在生产工艺、闪存转换层及接口和协议方面的最新进展。针对定量指标缺失的现状,提出以变异系数作为性能稳定性的衡量指标。以FIO、Nmon和Memtester等为测试工具,设置数据模型和QoS(Quality of Service,服务质量),并设计了性能稳定性测试方案。该固态硬盘测试方案从规划设计环节开始对IT系统进行稳定性评估,保障核心业务系统的部署运营。     

Design and implementation of MLC NAND flash-based DBMS for mobile devices

Recently, Multi-Level Cell (MLC) NAND flash memory is becoming widely used as storage media for mobile devices such as mobile phones, MP3 players, PDAs and digital cameras. MLC NAND flash memory, however, has some restrictions that hard disk or Single-Level Cell (SLC) NAND flash memory do not have. Since most traditional database techniques assume hard disk, they may not provide the best attainable performance on MLC NAND flash memory. In this paper, we design and implement an MLC NAND flash-based DBMS for mobile devices, called AceDB Flashlight, which fully exploits the unique characteristics of MLC NAND flash memory. Our performance evaluations on an MLC NAND flash-based device show that the proposed DBMS significantly outperforms the existing ones.     

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。     

一种基于闪存固态硬盘的辅助缓冲池设计

基于磁盘数据库系统的瓶颈主要在磁盘I／O,通常采用缓冲池的设计,将读到的数据页先放入到内存缓冲池后再进行操作。因此,缓存池的大小直接决定了数据库的性能。通过研究基于闪存固态硬盘的特性,提出了一种基于闪存固态硬盘的辅助缓冲池设计。最后,通过修改开源数据库MySQL InnoDB存储引擎,并通过TPC-C实验对比分析了启用辅助缓冲池后数据库的性能可有100％-320％的提高。     

Mapping granularity and performance tradeoffs for solid state drive

Evolving NAND flash-based Solid State Drives (SSDs) tend to get denser and faster, and these are quickly becoming popular in a wide variety of applications. Flash-based SSDs are composed of dozens of non-volatile flash memories with multi-channel and multi-way architecture. Due to the physical limits, Flash Translation Layer (FTL) is employed for the management between host requests and flash requests operations. Among many roles of FTL, mapping management is main key of SSD performance. This paper presents tradeoffs of page-level FTL mapping granularity for appropriate target performance of SSDs. The mapping management is designed with regard to the SSD architecture such as multi-channel and multi-way. Three mapping tradeoff issues are addressed: static and dynamic mapping, mapping unit size, and caching issue. The simulation results shows that various page-level FTL mapping granularities have a decisive effect on SSD design; not only the performance issue, but also resource management.     

一种面向闪存键值存储的矩阵索引布鲁姆过滤器

索引结构是提高闪存键值存储插入和查询性能的关键技术之一.在分析目前相关索引结构特点的基础上提出了一种面向闪存键值存储的矩阵索引布鲁姆过滤器(matrix-indexed Bloom filter, MIBF),由m×s的位矩阵表示的多个布鲁姆过滤器组(multiple Bloom filter group, MBFG)和一个附加布鲁姆过滤器(additional Bloom filter, ABF)组成,其核心思想是键值对的闪存页地址被拆分为多组位串,每组位串采用MBFG中的一组布鲁姆过滤器(Bloom filter, BF)来表示,同时将键值对的Key与闪存页地址组合值存入ABF中.根据Key查询Value时,MBFG中的每组BF产生多位,组合生成键值对的闪存页地址,并通过ABF滤掉部分伪闪存页地址达到较精确地址定位,从而降低闪存访问次数,提高系统性能.与已有类似方法相比,MIBF的查询地址定位精度提高,内存和闪存访问次数降低明显,插入和查询性能显著提升.     

Towards trustworthy storage using SSDs with proprietary FTL

In recent years we have seen an increasing deployment of flash-based storage, such as SSD, in mission-critical applications due to its fast read/write speed, small form factor, strong shock resistance, etc.. SSDs use a middle layer called flash translation layer (FTL) to maintain the compatibility with the traditional magnetic-based HDDs. Unlike the traditional HDD where the host OS has the knowledge on where and how to access data, SSD uses FTL to translate and implement all operations. Even worse, FTL, which is considered as one of most important intellectual properties of flash-based storage, is often proprietary. This brings up a serious security concern on design trustworthiness when the manufacturer either accidentally or intentionally implements those operations incorrectly or maliciously. We analyze the possible threats that are brought up by the design trust issues, and propose simple yet effective schemes as countermeasures with overhead evaluation.     

固态盘阵列构建方法研究综述

单个固态盘存在随机写性能较差和擦写次数有限等缺陷,使用廉价盘冗余阵列(redundant arrays of inexpensive disks, RAID)技术将多块固态盘组织在一起有助于满足存储系统的高可靠、大容量、高性能的要求.然而,将RAID算法简单应用于固态盘阵列会遇到一些问题.首先分析了基于Flash的固态盘和RAID技术存在的缺陷,选取性能、可靠性和价格作为阵列构建方法的评价标准,并将随机写、小写、垃圾回收、负载均衡、擦除次数、磨损均衡、冗余度等问题作为分析重点;然后,从固态盘和Flash芯片2种构建粒度出发,分别论述了不同的构建方法并分析了各自的优缺点;最后,总结了不同构建方法并指出未来可能的研究方向.     

Sub-Join:面向闪存数据库的查询优化算法

固态硬盘具有高速的随机读取速度、低功耗、体积小等特点,被认为将取代磁盘成为新一代的数据存储设备。但是闪存数据库的查询性能的提高却远小于固态硬盘相比于磁盘I/O性能的提高,其原因在于现有的数据库是基于磁盘设计的,不能充分发挥固态硬盘的高速性能。提出一种名为子连接(Sub-Join)的连接算法。首先将数据表的连接列和主键投影为新的子表,然后对子表进行接连操作,最后根据子表的连接结果再从原始数据表中回取查询结果。通过和开源数据库Oracle Berkeley DB的比较实验,结果表明子连接算法比原有算法的性能提高了40%～100%,充分说明了它的优越性。     

CSWL: Cross-SSD Wear-Leveling Method in SSD-Based RAID Systems for System Endurance and Performance

Flash memory has limited erasure/program cycles.Hence,to meet their advertised capacity all the time,flashbased solid state drives(SSDs) must prolong their life span through a wear-leveling mechanism.As a very important part of flash translation layer(FTL),wear leveling is usually implemented in SSD controllers,which is called internal wear leveling.However,there is no wear leveling among SSDs in SSD-based redundant array of independent disks(RAIDs) systems,making some SSDs wear out faster than others.Once an SSD fails,reconstruction must be triggered immediately,but the cost of this process is so high that both system reliability and availability are affected seriously.We therefore propose cross-SSD wear leveling(CSWL) to enhance the endurance of entire SSD-based RAID systems.Under the workload of random access pattern,parity stripes suffer from much more updates because updating to a data stripe will cause the modification of other all related parity stripes.Based on this principle,we introduce an age-driven parity distribution scheme to guarantee wear leveling among flash SSDs and thereby prolong the endurance of RAID systems.Furthermore,age-driven parity distribution benefits performance by maintaining better load balance.With insignificant overhead,CSWL can significantly improve both the life span and performance of SSD-based RAID.