WindowsNT环境下缓存磁盘技术驱动程序的设计与实现

随着计算机性能的迅速提高,系统越来越强烈地要求所配置的高速外存储器有更好的联机性能,I／O性能增长与CPU速度增长的严重失配,使I／O并颈问题日超严重,本文研究了Windows NT系统下的一种用来改善磁盘小写I／O（写请求的长度小于16K）性能的新途径0－缓存磁盘技术,它采用了多级Cache的存储思想,在办公／工程负载环境中的
峰值性能相对于常规磁盘有很大的提高。本文深入了研究了缓存磁盘技术在Windows NT环境下驱动程序的结构和原理,并详细阐述了具体的实现机制和方法。     

MS—DOS设备驱动程序和RAM磁盘

本文介绍MS-DOS装入非标准外围设备的方法。介绍编写MS-DOS设备驱动程序的有关约定:设备头表结构、参数传递、设备驱动程序结构等。并以RAM磁盘为例介绍编写RAM磁盘驱动程序的方法、调试方法和注意事项。对RAM磁盘的特征、种类、应用价值做了概要介绍。     

磁盘缓存管理机制研究

磁盘缓存是解决I/O性能的一种技术。文章主要讲述缓存管理组成、算法的种类及其管理策略。并对基于频率的替换算法的原理、实现方法做了详细阐述。     

基于内核态JVM的Linux设备驱动程序

驱动程序的不稳定是造成操作系统内核崩溃的主要原因,该文采用类型安全的Java语言开发Linux设备驱动程序以提高系统的稳定性,并分析驱动模型的结构、内核态Java虚拟机(JVM)的设计以及Java驱动程序的编写。USB网卡的测试验证了Java驱动在提高系统稳定性上的优势。     

众核处理器中使用写掩码实现混合写回/写穿透策略

高速缓存采用写回策略,能极大地节省对片上网络和访存带宽的消耗,这对于片上众核(大于16核)的结构尤为重要.与通常多核系统中基于目录/总线的写无效或写更新协议不同,文中给出了片上实现域一致性存储模型和基于硬件锁的缓存一致性协议的方案并提出了在L1高速缓存保存写掩码的方法,用以记录本地更新缓存块的字节位置,解决了写回策略下伪共享带来的缓存一致性问题.文中还进一步提出两种优化掩码存储空间开销的新方法:通过设定程序中较少出现的、长度为1~3字节的写指令为写穿透,在L1中每4字节设置一位写掩码,将写掩码的芯片面积开销压缩到字节粒度的27.9%;设计项数为L1缓存块总数12.5%的多路写掩码缓存,在不损失性能的情况下,将面积开销压缩到字节粒度的17.7%.搭建的众核平台Godson-T采用域一致性存储模型,使用写掩码实现混合写回/写穿透缓存策略(临界区内写穿透,临界区外写回).实验使用splash2的3个程序和2个生物计算程序进行评估.结果表明,相对于完全写穿透,混合写回策略在32和64线程的配置下普遍获得24%以上的性能提升,性能略优于完全写回,并且采用两种优化空间开销的新方法后性能无损失.     

磁盘缓存技术在硬盘写操作中的应用

本文从软件高速缓存和硬件高速缓存两方面阐述了微机系统中的磁盘缓存技术，特别提出了利用常规硬盘的小部分区域作为Cache磁盘的磁盘缓存技术的应用，将会大幅度的改善硬盘写操作的性能，从而在几乎不增加成本的基础上进一步提高了计算机系统的工作效率。     

驱动程序级缓存:提高外存性能的新缓存

提出了驱动程序级缓存的缓存层次和伪收集的请求合并方式,尽可能合并请求。模拟试验表明DrCache对清求的合并效果好。     

磁道复制--多媒体数据读取的磁盘寻道优化策略

由于寻道是磁盘I／O操作中的主要浪费之一,采用磁道复制可以减少寻道．针对单盘与盘阵情况,磁道复制可以有两种不同的方法：n-way和n-d-way,并经推导可得出二者平均寻道距离的解析表达式.进行的模拟实验不仅证明了解析表达式的准确性,而且表明在相同的空间开销下,磁道复制策略比传统的以空间换取时间的策略如n-way striping和D-way mirror有更少的寻道距离．     

基于双接收缓冲队列的CAN驱动模型设计

分析了WindowsCE.NET下基于单接收缓冲队列的CAN驱动模型在响应性能方面所存在的不足,提出基于双接收缓冲队列的CAN驱动模型设计。     

Adaptive Block Rearrangement Under UNIX

An adaptive UNIX disk device driver is described. To reduce seek times, the driver copies frequently-referenced blocks from their original locations to reserved space near the center of the disk. Block reference frequencies need not be known in advance. Instead, they are estimated by monitoring the stream of arriving requests. Measurements show that the adaptive driver reduces seek times and response times substantially. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

提高Java数据库访问效率的策略研究

在开发基于Java的应用时,提高对数据库的访问效率是程序员重点要考虑的问题之一。研究、分析了Java通过JDBC访问数据库的四种访问类型,提出了在不同的使用过程中的选择方案。介绍了连接池等对数据库访问效率影响较大的预处理语句及数据库连接管理技术。探讨了当前使用最为普遍的Hibernate在配置连接池和使用缓存等方面的问题。     

Linux中Software RAID驱动程序的机制分析

本文简单介绍了RAID的含义,级别分类及其在Linux中的应用,着重探讨了Linux中Software RAID驱动程序的体系结构以及buffer cache的机制,并以RAID1为例具体分析了其实现机制。     

一种新型内核扩展安全访问方法

内核扩展的安全性对操作系统的稳定运行具有重要意义.内核扩展在为驱动开发提供了便捷的同时,但也带来了重大安全隐患.本文设计了一个新型内核扩展安全访问(Security Access to Kernel Extension,SAKE)模型系统,该系统通过对驱动模块的控制范围进行约束,对关键内核扩展函数接口进行审查,来实现安全的内核扩展访问.文中所述研究在Linux操作系统上对SAKE模型系统进行了实现,并结合多款驱动进行了评测.安全性评测结果表明SAKE能够提供安全内核扩展访问功能,并且性能评测表明该系统带来的开销很小.     

VM内部隔离驱动程序的可靠性架构

利用虚拟化技术来整合资源已成为高性能服务器提高资源利用率的重要手段,虚拟化技术的可靠性对于高性能服务器所提供服务的质量至关重要.然而,驱动故障严重影响了虚拟机中操作系统的可靠性,也同样影响到整个服务器的可靠性.为此,提出一种在虚拟机内部通过隔离故障驱动程序来提高虚拟机可靠性的架构,该架构通过监视驱动程序所使用的内存信息来建立驱动可写权限的授权表,并在虚拟机监视器中设置虚拟机内核空间对应影子页表的写保护来捕获虚拟机的写操作,进而结合授权表判断被隔离驱动程序写操作的正确性.目前,该架构能够在无需修改驱动程序的情况下,在虚拟机内部实现对驱动程序的隔离.实验结果表明：该架构可以隔离84.63%的注入故障造成的系统崩溃失效,并且对于驱动性能的影响小于20%,提高了虚拟化环境的可靠性.     

一种高性能高可靠的混合客户端缓存系统

现代数据中心普遍使用网络存储系统提供共享存储服务.存储服务端通常使用独立冗余磁盘阵列(RAID)技术保障数据可靠性,如可以容单/双盘错的RAID5/6.相比于传统磁盘,固态盘具有更低的访问时延和更高的价格,因此将固态盘作为存储客户端缓存成为一种流行的方案.写回法可以充分发挥固态盘的优势加速存储读写性能,然而一旦固态盘发生故障,写回法无法保证数据的一致性和持久性.写直达法简化了一致性模型,但是无法减小写时延.设计并实现一种新的混合客户端缓存(hybrid host cache, HHC),HHC通过使用廉价的日志磁盘镜像存放固态盘上的脏数据来提高可靠性,并且利用写屏障语义保证数据的可靠性和一致性.分析表明,HHC的平均无故障时间远远高于后端存储系统.最后实现了一个原型系统并使用Filebench进行性能评估,结果表明在不同负载下,HHC性能与传统的写回法接近,远远超过写直达法.     

A Transaction Model to Improve Data Availability in Mobile Computing

We incorporate a prewrite operation before a write operation in a mobile transaction to improve data availability. A prewrite operation does not update the state of a data object but only makes visible the future value that the data object will have after the final commit of the transaction. Once a transaction reads all the values and declares all the prewrites, it can pre-commit at mobile host (MH) (computer connected to unreliable mobile communication network). The remaining transaction's execution (writes on database) is shifted to the mobile service station (MSS) (computer connected to the reliable fixed network). Writes on database consume time and resources and are therefore shifted to MSS and delayed. This reduces wireless network traffic congestion. Since the responsibility of expensive part of the transaction's execution is shifted to the MSS, it also reduces the computing expenses at mobile host. A pre-committed transaction's prewrite values are made visible both at mobile and at fixed database servers before the final commit of the transaction. Thus, it increases data availability during frequent disconnection common in mobile computing. Since a pre-committed transaction does not abort, no undo recovery needs to be performed in our model. A mobile host needs to cache only prewrite values of the data objects which take less memory, transmission time, energy and can be transmitted over low bandwidth. We have analysed various possible schedules of running transactions concurrently both at mobile and fixed database servers. We have discussed the concurrency control algorithm for our transaction model and proved that the concurrent execution of our transaction processing model produces only serializable schedules. Our performance study shows that our model increases throughput and decreases transaction-abort-ratio in comparison to other lock based schemes. We have briefly discussed the recovery issues and implementation of our model.     

一种闪存敏感的多级缓存管理方法

基于闪存的固态硬盘(solid state driver,简称SSD)已经广泛应用于各种移动设备、PC机和服务器.与磁盘相比,尽管SSD具有数据存取速度高、抗震、低功耗等优良特性,但SSD自身也存在读写不对称、价格昂贵等不利因素,这使得SSD 短期内不会完全取代磁盘.将SSD和磁盘组合构建混合系统,可以发挥不同的硬件特性,提升系统性能.基于 MLC 型 SSD 和 SLC 型 SSD 之间的特性差异,提出了一种闪存敏感的多级缓存管理策略——FAMC.FAMC将SSD用在内存和磁盘之间作扩展缓存,针对数据库系统、文件管理中数据访问的特点,有选择地将内存牺牲页缓存到不同类型的SSD.FAMC同时考虑写请求模式和负载类型对系统性能的影响,设计实现对SSD友好的数据管理策略.此外,FAMC基于不同的数据置换代价提出了适用于SSD的缓冲区管理算法.基于多级缓存存储系统对FAMC的性能进行了评测,实验结果表明,FAMC可以大幅度降低系统响应时间,减少磁盘I/O.     

基于双缓冲文件系统过滤驱动技术研究

针对单缓冲技术在过滤驱动透明加解密中存在的缺陷和不足,本文提出采用双缓冲机制,在内核态创建两个缓冲区,授权程序访问解密缓冲区数据,非授权程序访问非解密缓冲区数据,两者互不影响。首先对文件系统过滤驱动和双缓冲技术进行理论研究,然后提出了系统的设计思想,建立设计方案,进行实现和应用。通过测试结果表明,该系统对透明加解密系统性能和兼容性有很大提升。