面向Lustre文件系统的固态盘存储加速技术研究

磁盘的随机I/O延时制约了存储系统的性能提高,具备高性能随机I/O特性的固态盘(solid state disk,SSD)逐渐成为关注的热点.分析了磁盘、Flash型SSD以及DRAM型SSD三类设备不同的性能特点,讨论了SSD存储加速技术的研究现状,提出了一种面向Lustre文件系统的固态盘存储加速系统架构,介绍和分析了各模块的构成与原理,提出了对象迁移策略.     

基于可信存储的固态盘安全机制研究

为了解决固态盘的存储安全问题,研究了可信存储技术,并将其应用于固态盘的安全保护设计中.提出了一种基于固件程序的安全保护方法,利用ATA协议可信计算和安全命令集下的安全命令,在固件设计中定义了专用的安全命令处理流程,实现了固态盘与主机的双向认证和对固态盘存储区的访问控制两种安全功能,增强了固态盘的安全性,有效地限制了对固态盘的随意访问.     

组合盘中结合访问次数与能量代价的文件缓存替换策略

如何有效地降低存储子系统能耗是近几年研究的热点议题。新型非易失、抗震、低功耗闪存及固态盘的出现给存储子系统节能带来了新的机会。但其每单位价格昂贵,目前难以替代硬盘的角色。结合硬盘和固态盘的优势,本文采用组合盘(由硬盘和固态盘组成)节能。结合文件访问次数和能量代价,我们提出了改进的文件缓存替换策略FEBR(Frequency&Energy-based replacement)。实验采用两个真实办公用户数据,结果表明组合盘方案是可行的,节能百分比可达70%～80%;与经典替换算法、最新较好的ARC算法以及理想最优页面OPT算法进行了详细比较,FEBR优于其它策略。     

基于存储熵的存储负载均衡算法

在分布式存储系统中,一般都是以磁盘空间利用率（DU）来判断各存储节点的负载均衡程度,当所有节点的磁盘空间利用率相等时,是整个分布式存储系统的存储负载均衡点。但是在实际的应用场景中,磁盘I/O速率比较低的存储节点和可靠性比较低的存储节点往往成为影响整个存储系统数据读写性能的瓶颈,因此在异构分布式存储系统中,特别是各存储节点磁盘I/O速率和可靠性差异较大的分布式存储系统中,如果仅仅以磁盘空间利用率作为存储负载均衡的判定条件,则其数据的读写效率必然受到限制。从读写效率的角度提出一种度量分布式存储系统中存储负载均衡的新思路。根据负载均衡理论和熵理论给出存储熵（SE）的定义,并提出一种基于存储熵的负载均衡算法,该算法通过系统负载判定、单节点负载判定和负载迁移实现了对分布式存储系统存储负载的量化调整,并通过实验与基于磁盘空间利用率的负载均衡算法进行了对比分析,验证了该算法对分布式存储系统中存储负载具有良好的均衡性,有效地控制了系统负载失衡的问题,提高了分布式存储系统的整体读写效率。     

基于智能预警的自恢复存储系统研究

为提高磁盘阵列存储的可靠性,设计了基于智能预警的自恢复存储系统.在对磁盘SMART信息实时监测采集的基础上,利用机器学习方法对磁盘故障进行预测.对于预警磁盘,采取以数据为中心的自修复迁移保护策略,结果表明自恢复系统使存储可靠性有显著提高,并实现对用户透明,提高了系统的可用性.     

基于智能预警的自恢复存储系统研究

为提高磁盘阵列存储的可靠性,提出一种基于智能预警的自恢复存储系统。在对磁盘S.M.A.R.T信息实时监测采集的基础上,利用机器学习方法对磁盘故障进行预测,对于预警磁盘采取以数据为中心的自修复迁移保护策略。分析结果表明,该系统能提高存储可靠性,数据迁移过程对用户透明,可用性较强。     

混合S-RAID:一种适于连续数据存储的节能数据布局

存储系统规模的日益增大,其高能耗成为一个无法忽视的问题,因此对存储系统的节能研究十分重要.提出一种由SSD固态盘与普通磁盘组成的混合S-RAID结构,通过关闭部分处于空闲状态的磁盘,达到节能效果.混合S-RAID将包括超级块在内的少量随机读写数据放在由SSD组成的RAID1中,将连续数据放在由普通磁盘组成的S-RAID中,S-RAID对磁盘分组,连续数据访问模式下只有一个组处于活动状态,关闭处于空闲状态的磁盘组.在仅增加少量成本的前提下,提高了存储系统的节能效果.混合S-RAID适用于各种以连续数据访问为主要特征的应用环境.实验表明,由12块普通磁盘和两块SSD固态盘组成的混合S-RAID 5与同级别RAID 5相比,能耗仅为RAID 5的28％.     

视频服务器存储子系统的I/O优化

视频服务器存储子系统的I／O性能决定了视频服务器的总体性能。本文提出的一种新的实时磁盘调度算法（LLF－Window)能有效地服务各种编码格式的视频流，并对传统的SCSI总线不均衡调度机制进行了改造，实验结果表明，新的磁盘调度算法和改造后的SCSI总线调度机制有效地改进了视频服务器存储子系统的I／O性能，保证了视频流的连续播放。     

面向对象XML的对象迁移方法研究

针对面向对象的XML数据的对象迁移问题,提出基于集中式和分布式两种存储模式下的对象迁移方法,解决了对象标识符模糊性问题。集中式存储模式对象的OID是唯一的,但是在集中式存储模式中更新已存在的对迁移对象的引用代价很大;分布式存储模式对象的OID是多重的,但对象迁移的代价相对较小。     

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.     

一种面向SSD-HDD混合存储的热区跟踪替换算法

固态驱动器(SSD)读写性能优越,但成本高,因此在实践中人们往往利用SSD和普通硬盘(HDD)构建混合存储系统以获取较高的性价比.在混合存储系统中,如何使更多的IO请求能够命中SSD是充分利用SSD性能的关键.针对多任务共享存储环境下集中访问和随机访问IO存取模式并存,且通常情况下IO工作流大部分请求相对集中于有限区域内的特点,本文提出一种基于热区跟踪(HZT)的缓存替换算法.HZT算法充分考虑了IO工作流的空间局部性和时间局部性,利用IO工作流的历史访问信息,跟踪当前热区,并为热区数据块赋予更高的驻留SSD的优先级,能够有效提高混合存储中SSD缓存的命中率.经测试,在典型多任务共享存储环境下HZT算法可以使SSD缓存的命中率比使用LRU(Least Recently Used)算法的系统提高12%.采用适当的预取策略,该算法的命中率与LRU算法相比可获得23%的提升.     

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.     

一种新型的高性能计算机存储系统的研究与实现

文中提出了一种改善计算机存储系统写请求特别是小写请求性能的新的存储结构。采用有着高存储速度、高可靠性的固态盘和廉介的硬盘空间共同和为磁光盘的写高速缓存,并结合顺序文件存取技术,从存储体系结构角度出发,研究并实现了一种以较低成本实现快速、可靠、大容量的存储系统。试验表明新型存储系统不必修改现有文件系统,即能大幅提高存储系统性能。中用于要求高可靠性的军用环境以及高可靠性和快速大容量要求的民用系统。     

基于持久性内存和SSD的后端存储MixStore

持久性内存(persistent memory,PM EM)同时具备内存的低时延字节寻址和磁盘的持久化特性,将对现有软件架构体系产生革命性的变化和深远的影响.分布式存储在云计算和数据中心得到了广泛的应用,然而现有的以Ceph BlueStore为代表的后端存储引擎是面向传统机械盘和固态硬盘(solid state di...     

国内PC环境下自动分层存储的临界点判断

为了解决PC存储性能瓶颈问题,有必要针对文件大小利用闪存固态盘和硬盘进行自动分层存储,找出临界点作为判断分层的依据。通过实验抽样国内几种PC机,用前序遍历算法统计出文件大小分布情况。实验结果表明,PC机文件大小集中分布在64KB及以下。闪存固态盘对64KB以下文件存储性能远高于硬盘,64KB适合作为临界点。     

一种海量存储系统二级缓存的设计与实现

引入新颖固态存储技术和DRAM与固态硬盘（SSD）混合的缓存架构，提出一种海量存储系统的二级缓存策略，通过回写策略能够有效减少SSD缓存的小写问题，并对两级缓存架构下建立的逻辑磁盘进行测试，结果表明在请求平均响应时间上取得了优化。     

基于重复数据删除的虚拟桌面存储优化技术

虚拟桌面基础架构依靠数据中心海量的云基础设施,为用户按需提供虚拟桌面部署所需的软硬件资源,但同时面临存储资源利用率低和虚拟机启动慢的困境.针对虚拟桌面存储中具有大量数据冗余的特性,采用重复数据删除技术缩减虚拟桌面基础架构的存储空间需求;并利用服务器本地磁盘缓存以及共享存储池内的固态硬盘来优化虚拟机的启动性能.通过原型实现,发现相比于基于内容分块的策略,静态分块策略更适合虚拟桌面存储进行重复数据删除,最优的分块大小为4KB,并能够缩减85%的存储空间容量;通过服务器本地磁盘缓存和基于闪存的固态硬盘进行I/O优化,虚拟机的启动速度能够获得35%的提升.