EnhanceIO实现原理与改进方案研究

摘要

混合存储系统解决了以传统机械硬盘为主的存储系统性能不佳，使用固态硬盘替换机械硬盘成本又过高的问题，具有很高的应用价值。EnhancelO是由STEC公司开发，应用于Linux平台下的一款开源混合储存系统软件，在内核空间实现了处理应用程序数据读写请求的块设备驱动程序，对存储系统的性能有显著提升。
　　本文阐述了混合存储系统设计所需要的关键技术，分析了EnhancelO系统的实现原理，提出并完成对其改进方案。一方面，EnhancelO系统实现的三种缓存替换算法中，随机替换算法完全没有考虑缓存中数据块的历史使用情况，先入先出替换算法只考虑缓存中数据块加入缓存的先后顺序，最近最少使用替换算法只考虑缓存中数据块的最近使用情况。由于没有综合考虑缓存中数据块的访问时间和访问频率，不能对存储系统的数据访问模式做出很好的判断和预测，这三种替换算法的缓存命中率还有提升空间。论文在最近最少使用替换算法的基础上，使用两条最近最少使用链表，即一条低频访问链表和一条高频访问链表，实现了综合考虑访问时间和访问频率特性的替换算法。另一方面，EnhancelO系统没有区分读写请求类型，对于随机读写请求和顺序读写请求都会进行缓存。磁盘扫描和文件拷贝等大数据量、低频率的顺序读写，会给整个存储系统的读写性能造成波动。固态硬盘相对于机械硬盘，在随机读写速度上的优势比顺序读写速度上的优势更加明显。区分读写请求的类型，优先对随机读写请求进行缓存，会对存储系统性能带来更大的提升。针对这一问题，在EnhancelO系统中加入了顺序读写过滤功能。通过对测试结果的分析，改进的替换算法相比于原最近最少使用替换算法，缓存命中率提高3.42％，带来存储系统性能的提升。分别表现为，随机读测试，读性能提升6.94％;随机写测试，写性能提升4.29％;随机读写测试，读性能提升5.52％，写性能提升4.48％。在有大量连续数据访问的应用场景中，顺序读写过滤功能的加入，能够有效防止缓存中有用数据块被淘汰，使得存储系统的性能更加稳定。

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第一章绪论

1 .1 研究背景

1 .2 混合存储技术研究现状

1 .3 论文研究内容及组织结构

第二章混合存储系统

2 .1 相关储存介质特性

2 .2 混合存储系统介绍

2 .3 混合存储系统关键技术

2 .4 高速缓存的设计

2 .5 本章小结

第 三 草 EnhanceIO头现原理

3.1 EnhanceIO概述

3.2 EnhanceIO系统框架

3.3 EnhanceIO主要数据结构

3.4 EnhanceIO替换算法

3.5 本章小结

第 四 章 EnhanceIO系统改进

4 .1 替换算法不足

4 .2 替换算法改进

4 .3 顺序读写过滤

4 .4 本章小结

第五章系统性能测试与结果分析

5 .1 测试环境

5 .2 性能测试与对比

5 .3 测试结果分析

5.4 本章小结

第六章总结与展望

6 .1 论文总结

6 .2 研究展望

参考文献

致谢

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