面向大规模闪存存储的存储系统关键技术研究

摘要

在数据大爆炸的今天，存储系统面临着对文件系统性能和存储设备性能的严峻挑战，新型存储器件的飞速发展，给缓解存储系统的性能瓶颈带来了曙光。本文针对基于闪存的存储系统面临的问题，通过优化文件系统和存储设备两方面的性能，提升基于闪存的存储系统的整体性能。本文的主要工作及创新点包括以下几个方面的内容：
　　1.针对文件系统目录索引性能不能满足大数据处理的性能要求，以及传统文件系统的目录索引结构将过度损耗闪存，造成闪存寿命较短的问题，提出一种对闪存友好的可扩展 Hash索引结构HyEx-Hash，减少对闪存的过度损耗；基于HyEx-Hash提出了一种HashTree的目录索引结构，提高了目录索引的性能；
　　2.对于不同大小的文件，所需要的索引量也不相同，因此，针对不同大小文件的数据索引进行不同的优化，既提高大文件的数据索引效率，又降低小文件存储的额外开销；
　　3.基于前两点的优化，设计实现了一个混合索引的闪存文件系统HIFFS，混合索引同时体现在目录索引和文件数据的索引上；
　　4.针对SSD在RAID系统中损耗过快以及写放大突出的问题，设计了一种感知RAID的SSD（RAID-Aware SSD），通过感知上层RAID的访问信息，自动识别出校验数据和普通数据，并将相对较热的校验数据和相对较冷的普通数据分开存储，使校验数据的更新不影响普通数据的存储，从而降低闪存的写放大问题，减少垃圾回收的开销，延长闪存的寿命。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 存储领域的发展现状

1.2 基于闪存的存储系统架构

1.3 基于闪存的存储系统研究现状

1.4 课题内容和研究意义

1.5 论文的结构与组织

第二章 面向大规模闪存存储的文件系统关键技术研究

2.1 文件系统目录索引关键技术研究

2.2 文件系统文件数据索引关键技术研究

2.3 文件系统失效恢复关键技术研究

2.4 本章小结

第三章 HIFFS文件系统的设计与实现

3.1 HIFFS的整体框架

3.2 基于HyEx-Hash的目录索引

3.3 自适应文件大小的文件数据索引

3.4 本章小结

第四章 面向RAID的SSD优化设计

4.1 RAID技术及其数据访问特性的研究

4.2 RAID-Aware SSD

4.3 RAID-Aware SSD的FTL层实现

4.4 本章小结

第五章 性能测试与结果分析

5.1 HIFFS性能测试与结果分析

5.2 RAID-Aware SSD性能测试与结果分析

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果