混合存储中双模闪存和磁盘智能耦合研究

摘要

磁盘存取速度的提升无法满足大数据时代对海量数据的存取需求，这正逐渐成为影响计算机系统性能的关键因素。闪存的出现给存储系统提供了一种新的发展方向，但其高成本也限制了它的大范围推广。基于此，结合闪存和磁盘二者优势的混合存储系统成为当前存储界的研究热点之一。当前，闪存芯片主要包括Single-Level Cell（SLC）芯片和Multi-Level Cell（MLC）芯片，SLC芯片成本高、容量小、速度快；MLC芯片成本低、容量大、速度慢。
　　本文提出了一种基于双模闪存的混合存储系统（DMFMHS），该混合存储系统基于内容局部性原理，将数据分为两种类型：以读操作为主的参考数据块和以写操作为主的差量数据，将参考数据存入SLC闪存芯片；系统根据数据存取的冷热程度，将热数据、冷数据（差量数据）分别顺序存储在MLC闪存芯片或磁盘中（系统智能识别冷热数据并在MLC闪存和磁盘之间迁移）；而元数据管理原始数据块所对应的参考块和差量数据的物理位置。
　　为验证DMFMHS系统的性能优势，将在Device Mapper插件上实现的DMFMHS系统与其他混合存储方案进行对比测试。测试结果表明，相对于Flashcache缓存存储结构，这种新的混合存储方案有效提升了数据的访问速度，减少了访问的响应时间，同时DMFMHS系统在相对于不缓存热差量数据的存储方案也有了10％的性能提升。

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1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目标和主要工作

1.4 全文结构

2 基于闪存的混合存储系统概述

2.1 闪存和固态盘原理

2.2 局部性原理

2.3 热点数据识别

2.4基于闪存的混合存储系统分类

2.5 本章小结

3 基于双模闪存的混合存储系统设计

3.1设计思想

3.2 系统架构

3.3 内容局部性挖掘

3.4热点数据识别和迁移

3.5本章小结

4 基于双模闪存的混合存储系统实现

4.1 系统框架

4.2主要的数据结构

4.3差量压缩模块

4.4 I/O请求调度

4.5数据迁移管理

4.6 元数据管理

4.7 本章小结

5 测试与分析

5.1 测试环境和测试方法

5.2 Iometer测试结果及分析

5.3本章小结

6 总结

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间参加的主要科研项目