一种基于PCM的文件系统设计与实现

摘要

相变存储器(Phase Change Memory,PCM)作为一种新型的非易失性存储介质,具有高存取速度、非易失性、可按字节寻址等特性。PCM利用特殊材料在晶态和非晶态的电阻差异来记录信息,具有和DRAM同一数量级的读写速度。传统文件系统都针对磁盘等特性设计的,直接应用在PCM上还存在很多问题,不仅存在空间浪费,还会损失部分PCM的性能。针对PCM特性设计新的文件系统已经成为了当前学术界的研究热点。
　　针对PCM设计了一种专用文件系统PCMFS,能够充分利用PCM读延迟低的特点,并考虑单位存储成本,提高存储利用率。PCMFS能够直接支持虚拟文件系统接口,采用inode等数据结构,简化了元数据的操作,从而减少元数据管理开销;PCMFS将索引节点表和数据区整合为了一个物理区域,并且采用了两边向中间分配的方式,这样就可以适应不同应用场景对于索引节点和数据块的数量要求;PCMFS还设计了DIT(被删除索引节点表)来处理被删除的索引节点,减少数据空洞;PCMFS还引入了数据迁移的机制,为了在应用场景发生突变的时候保证空间利用率。最后在上述设计方案的基础上,在linux平台上实现PCMFS原型。
　　经过ext2(在ramdisk工具上运行)、ramfs、tmpfs和PCMFS的对比测试,PCMFS在空间使用率上要比ext2高12％,平均访问速度比ext2高23.3%,比ramfs和tmpfs低4.5%。由于ramfs和tmpfs本身就是针对内存优化的文件系统,因此本设计方案表现出较好的性能,并且在空间节省上也具有优势。

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1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究概况

1.3 相关技术研究

1.4 课题来源

1.5 论文组织结构

2 PCMFS概要设计

2.1 需求分析

2.2 设计思路

2.3 文件系统空间布局

2.4 数据映射

2.5 分配策略

2.6 删除操作的处理

2.7 仿真处理

2.8 本章小结

3 PCMFS详细设计

3.1 元数据及接口定义

3.2 空间分配大小

3.3 关键函数及算法

3.4 大文件的处理

3.5 内核修改

3.6 本章小结

4 PCMFS测试

4.1 工具及环境介绍

4.2 测试说明

4.3 测试结果及分析

4.4 本章小结

5 工作总结与展望

5.1 工作总结

5.2 工作展望

致谢

参考文献