BOOM-KV:基于RDMA的高性能NVM键值数据库

随着英特尔傲腾数据中心持久化内存模块(DCPMM)开始进入市场以及远程直接内存访问(RDMA)硬件成本的降低,设计融合非易失性内存(NVM)和RDMA的键值(KV)数据库面临新的机遇和挑战。构建基于NVM和RDMA的KV数据库的关键在于设计一个高效的通信协议。遗憾的是,现有工作或采用NVM不感知的RDMA协议,或采用低效的NVM感知的RDMA协议,这导致它们无法最大化KV数据库的性能。本文提出了BOOM协议——一种新型的NVM感知的RDMA协议。相较于NVM不感知的协议,BOOM协议允许直接对远端NVM进行RDMA操作,消除了冗余的数据拷贝;相较于现有的NVM感知的协议,它可以显著减少元数据请求,降低KV请求的端对端延迟。在BOOM协议的基础上构建了BOOM-KV,并针对服务端中央处理器(CPU)利用率和宕机持久化等问题进一步进行优化。将BOOM-KV与最新的研究成果进行对比,结果表明,BOOM-KV能显著降低请求延迟,其中PUT延迟最大降低了42%,GET延迟最大降低了41%,并且展现出良好的扩展性。     

基于持久化内存的索引设计重新思考与优化

非易失性内存(non-volatile memory,NVM)是近几年来出现的一种新型存储介质.一方面,同传统的易失性内存一样,它有着低访问延迟、可字节寻址的特性;另一方面,与易失性内存不同的是,掉电后它存储的数据不会丢失,此外它还有着更高的密度以及更低的能耗开销这些特性使得非易失性内存有望被大规模应用在未来的计算机系...     

异构存储感知的Ceph存储系统数据放置方法

Ceph分布式存储系统正成为广泛使用的开源云环境存储解决方案。异构存储如果应用有效的数据管理策略,则能够在保持低成本的同时提供大容量和高性能存储。在Ceph中使用异构存储设备不能有效发挥异构存储设备的性能,由于数据的多个副本可以存放到不同的存储介质中,因此不同的副本组合的性能和成本都不一样。针对Ceph提出一种面向异构存储的数据放置方法,通过划分多种不同的副本组合,根据数据热度和读写比例将不同的数据放到不同的副本组合上,在提升系统性能的同时有效地控制了系统容量成本。     

UGD:面向固态盘缓存系统的数据过滤技术

为了提高固态盘(SSD)缓存系统固态盘的使用寿命,研究了系统的数据过滤技术.针对现有固态盘缓存系统数据过滤技术没有考虑数据页重用距离,导致重用距离大于固态盘缓存大小的数据页进入固态盘缓存,造成不必要的缓存页替换和固态盘擦写,从而降低缓存命中率和固态盘使用寿命的问题,提出了一种协同的数据过滤技术UGD.该技术综合考虑了数据页访问频率和数据页重用距离,让访问次数少和重用距离长的数据页不进入固态盘缓存,从而增长了固态盘的使用寿命.为了评测UGD技术的效果,实现了一个固态盘缓存模拟器,并使用开源负载和实际应用负载进行了大量实验.实验数据表明,与现有过滤技术相比,UGD技术能够使固态盘缓存系统的平均命中率提高10％,使固态盘平均写入量降低42.5％.     

A Survey of Phase Change Memory Systems

As the scaling of applications increases, the demand of main memory capacity increases in order to serve large working set. It is di?cult for DRAM (dynamic random access memory) based memory system to ...     

基于非易失存储器件的内存键值存储系统的性能研究

分析了互联网应用为满足后端存储系统高性能要求而引用的内存键值存储系统的应用特点,指出:为了永久保存数据,这些系统还需要在后端将数据从易失性的内存拷贝到慢速的非易失存储设备中;将新型的非易失存储器件(NVM)引入内存键值存储系统可减少其性能开销;根据NVM的特征,内存键值系统可采用两种架构:将NVM替代磁盘作为二级存储设备和将NVM替代DRAM直接作为主存储设备。基于上述分析,实现了两种NVM架构的内存键值存储系统,并通过实验分析,总结出了内存键值存储系统选择NVM架构的原则,这些原则可有效指导内存键值存储系统在采用当前以及未来NVM器件时,对架构的选择。其次,还通过理论和实验分析,得出了不同架构下的内存键值系统在软件层的主要开销,指出了未来针对这些系统的软件设计的优化方向。     

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。     

一种面向非易失性内存文件系统的数据读写粒度控制策略

数据读写是文件系统的重要操作.传统的文件系统基于磁盘设计,数据读写需要旋转磁头,因此数据读写慢.文件系统使用I/O调度层对读写操作进行拆分和合并,减少磁头寻道时间,提高系统性能.新型非易失性内存(NVMM)支持字节寻址和随机访问,文件系统可以直接使用内存指令进行数据操作.因此,现有的NVMM文件系统,如ext4-dax...     

基于超低延迟SSD的页交换机制关键技术

随着内存密集型应用的快速发展,应用对单机内存容量的需求日益增大.然而,受到颗粒密度的限制,内存容量的扩展度较低.页交换机制是进行内存扩展的经典技术,该机制通过将较少使用的内存页面暂存在存储设备,以达到扩展内存的目的.过去页交换机制由于慢速磁盘的读写速度限制,无法被广泛应用.近年来,得益于超低延迟固态硬盘（solid state drive, SSD）的快速发展,页交换机制可以利用其低延迟的读写特性,提升页交换效率.然而,在低I/O延迟的情况下,传统页交换机制的I/O栈存在巨大的软件开销.首先对使用超低延迟SSD的Linux页交换机制进行测试与分析,发现现有页交换机制的主要瓶颈在于发送请求时存在队头阻塞问题、I/O合并和调度开销,以及内核返回路径上的中断处理和直接内存回收开销.基于分析结果,提出基于超低延迟SSD的页交换机制Ultraswap.Ultraswap在Linux I/O栈的基础上增加对轮询请求的处理,并降低I/O合并与调度开销,实现轻量级的I/O栈.基于Ultraswap的I/O栈,对内核页交换机制的换入与换出路径进一步优化.通过优化对缺页、直接内存回收的处理,降低页交换机制...     

影响非易失性内存系统性能的因素分析

新型非易失性存储器(non-volatile memory,NVM)具有扩展性好、静态能耗低、非易失性等特点,基于NVM的内存系统有望在未来补充甚至替代DRAM内存.但是NVM写延迟较长、写耐久性有限、动态写能耗高的问题,对NVM的实际应用产生了挑战.NVM内存系统如何影响应用程序,哪些因素会影响NVM内存系统的性能,是一个值得研究的问题.初步评测了NVM内存系统的性能,所提出的NVM内存包括两种:一种是只有NVM的内存(NVM-only memory);另一种是DRAM/NVM构成的混合内存.同时对比了NVM内存与DRAM内存的性能,分析了影响NVM内存系统的因素.最后,讨论了NVM内存系统研究的未来工作.