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基于超低延迟SSD的页交换机制关键技术
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作者 王紫芮 蒋德钧 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期557-570,共14页
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... 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,降低页交换机制关键路径上的时间开销.实验结果表明Ultraswap在应用测试场景下相比Linux页交换机制能够提升19%的平均性能;在可使用内存比例为20%的情况下,Ultraswap可达到33%的性能提升. 展开更多
关键词 页交换 I/O栈 超低延迟SSD 轮询 NVMe SSD
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一种日志结构块存储系统一致性模型
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作者 杨勇鹏 蒋德钧 《高技术通讯》 CAS 北大核心 2024年第4期366-378,共13页
随着物理设备容量增大,日志结构块存储系统一致性模型及异常恢复的时间和空间复杂度都在增加。一致性状态作用域大小与异常恢复复杂度成反比,与写请求冲突概率成正比。首先,提出单一一致性状态定义(CTS),降低异常恢复复杂度。其次,分析... 随着物理设备容量增大,日志结构块存储系统一致性模型及异常恢复的时间和空间复杂度都在增加。一致性状态作用域大小与异常恢复复杂度成反比,与写请求冲突概率成正比。首先,提出单一一致性状态定义(CTS),降低异常恢复复杂度。其次,分析一致性状态生成的充要条件和开销,引入WSL链表设计一致性状态生成算法;在一致性状态生成算法的基础上,本文提出多WMT元数据管理结构MCT,将一致性状态生成与用户写请求冲突降低至链表结点级别。最后,以一致性模型为基础设计异常恢复算法,并设计实现日志结构块存储系统SCB。实验表明,相对于ASD系统,SCB系统吞吐率提升135.59%,99.90%尾延迟降低42.89%,fileserver负载性能提升25.00%,异常恢复时间为ASD的1/23。相对于dm-thin系统,SCB系统吞吐率提升225.72%,varmail负载性能提升46.67%。 展开更多
关键词 日志结构存储系统 块存储系统 异常恢复 一致性状态 一致性模型
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BOOM-KV:基于RDMA的高性能NVM键值数据库
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作者 李文捷 蒋德钧 +1 位作者 熊劲 包云岗 《高技术通讯》 CAS 2023年第1期29-41,共13页
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... 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。 展开更多
关键词 非易失性内存(NVM) 远程直接内存访问(RDMA) 键值(KV)数据库
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基于闪存固态盘的存储系统性能优化关键技术综述
4
作者 李天祥 蒋德钧 熊劲 《高技术通讯》 CAS 2023年第1期50-62,共13页
闪存固态盘(SSD)具有高并行性、复杂的内部事务以及具有计算能力等特性。现有的存储系统是针对磁盘设计的,无法充分利用闪存固态盘的性能。本文介绍闪存固态盘给现有存储系统带来的问题与挑战,并从提高系统总带宽、减少固态盘内部事务... 闪存固态盘(SSD)具有高并行性、复杂的内部事务以及具有计算能力等特性。现有的存储系统是针对磁盘设计的,无法充分利用闪存固态盘的性能。本文介绍闪存固态盘给现有存储系统带来的问题与挑战,并从提高系统总带宽、减少固态盘内部事务对性能的影响、性能服务质量保证与利用固态盘的计算能力4方面阐述其性能优化关键技术,最后讨论了基于闪存固态盘的存储系统的发展方向。本文归纳指出,软硬件协同的设计方式是优化基于闪存固态盘的存储系统的发展趋势,软硬件协同设计有助于提供可预测的性能及可控的端到端延迟。 展开更多
关键词 闪存固态盘(SSD) 输入输出(IO)性能 垃圾回收 服务质量保证 计算任务卸载
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一种wandering B+tree问题解决方法
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作者 杨勇鹏 蒋德钧 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2023年第3期539-554,共16页
为了应对磁盘和固态硬盘随机写和顺序写性能差异较大的问题,文件系统和块存储系统通常采用日志结构(log-structured)技术将随机写转换为顺序写.因此,对于日志结构存储系统数据和元数据的修改都以异地写的方式执行.在日志结构存储系统中,... 为了应对磁盘和固态硬盘随机写和顺序写性能差异较大的问题,文件系统和块存储系统通常采用日志结构(log-structured)技术将随机写转换为顺序写.因此,对于日志结构存储系统数据和元数据的修改都以异地写的方式执行.在日志结构存储系统中,B+tree常被用于管理元数据,这就会导致wandering B+tree问题,即树结点异地更新会导致树结构递归更新.目前,现有工作主要通过分离树结点的逻辑索引和物理地址,并使用额外的数据结构和物理设备空间存放树结点逻辑索引和物理地址的映射,从而避免递归更新树结构.但现有方法既引入额外空间开销,又存在额外物理设备空间非顺序写的问题.提出IBT B+tree,将树结点逻辑索引和物理地址均存放在树结构中.同时,基于IBT B+tree结构引入dirty链表设计,并提出了非递归更新的IBT B+tree下刷算法.IBT B+tree既解决了wandering B+tree问题,又不引入额外的数据结构和物理设备空间,消除了固定物理设备空间的非顺序写.分别实现IBT B+tree和基于F2FS中NAT设计的B+tree,在此基础上设计实现Monty-Dev块存储系统以评价2棵B+tree.实验表明,在HDD和SSD介质上,IBT B+tree在写放大和下刷效率方面均优于NAT B+tree. 展开更多
关键词 日志结构存储系统 块存储系统 wandering B+tree IBT B+tree 写放大
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基于非易失存储器件的内存键值存储系统的性能研究 被引量:1
6
作者 魏巍 蒋德钧 +1 位作者 熊劲 陈明宇 《高技术通讯》 北大核心 2017年第6期519-529,共11页
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... 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。 展开更多
关键词 内存键值存储系统 非易失存储器件(NVM) 持久内存 性能分析 数据持久 化机制
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Key-Value型NoSQL本地存储系统研究 被引量:26
7
作者 马文龙 朱妤晴 +4 位作者 蒋德钧 熊劲 张立新 孟潇 包云岗 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第8期1722-1751,共30页
NoSQL系统因其高性能、高可扩展性的优势在大数据管理中得到广泛应用,而key-value(KV)模型则是NoSQL系统中使用最广泛的一种存储模型.KV型本地存储系统对于以机械磁盘为持久化存储的情形,存在许多性能优化技术,但这些优化技术面对当前... NoSQL系统因其高性能、高可扩展性的优势在大数据管理中得到广泛应用,而key-value(KV)模型则是NoSQL系统中使用最广泛的一种存储模型.KV型本地存储系统对于以机械磁盘为持久化存储的情形,存在许多性能优化技术,但这些优化技术面对当前的硬件发展新趋势,如多核处理器、大内存和低延迟闪存、非易失性内存NVM(Non-Volatile Memory)等,难以充分发挥新硬件的优势,如数据索引、并发控制、事务日志管理等技术在多核架构下存在多核扩展性问题,又如数据存储策略不适应闪存SSD(Solid State Drive)的新存储特性而产生了IO利用率低效的问题.针对多核处理器、大内存和闪存、NVM等硬件发展新趋势,文中面向当前的大数据应用背景,综述了KV型本地存储系统在索引技术、并发控制、事务日志管理和数据放置等核心模块上的最新优化技术和系统研究成果.从处理器、内存和持久化存储的角度概括了KV型本地存储系统当前存在的最优技术,总结了当前研究尚未解决的技术挑战,并对KV型本地存储系统在CPU缓存高效性、事务日志扩展性和高可用性等方面的研究进行了展望. 展开更多
关键词 NOSQL 键值存储 多核扩展性 并发数据结构 日志结构合并型存储 SSD/NVM
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异构存储感知的Ceph存储系统数据放置方法 被引量:3
8
作者 刘飞 蒋德钧 +3 位作者 张欢 陈静 王筠 熊劲 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2017年第6期17-22,共6页
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... 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。 展开更多
关键词 异构存储 数据放置 副本 Ceph
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影响非易失性内存系统性能的因素分析 被引量:8
9
作者 夏飞 蒋德钧 熊劲 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2014年第S1期25-31,共7页
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... 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. 展开更多
关键词 非易失性存储器 内存系统 性能 评测 分析
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基于虚拟化平台的Hadoop应用I/O性能分析 被引量:1
10
作者 郭梦影 蒋德钧 +1 位作者 陈静 熊劲 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2015年第S2期155-162,共8页
MapReduce编程模型在大规模并行化应用的设计和开发领域正在发挥越来越重要的作用.同时,Hadoop又是现在被广泛使用的云平台中数据密集型应用开发的开源MapReduce实现方式.众所周知,在云计算中最小的计算单元就是虚拟机,虚拟机有充分利... MapReduce编程模型在大规模并行化应用的设计和开发领域正在发挥越来越重要的作用.同时,Hadoop又是现在被广泛使用的云平台中数据密集型应用开发的开源MapReduce实现方式.众所周知,在云计算中最小的计算单元就是虚拟机,虚拟机有充分利用系统资源,使系统便于管理,提高系统可靠性和节省开销等多种优点.该文将通过一系列实验对不同虚拟化平台上Hadoop应用的I/O性能进行评测分析,这些实验的结果可以作为将来选择虚拟机类型的标准,以便Hadoop应用能够在虚拟化平台中获得最好的I/O性能. 展开更多
关键词 MAPREDUCE HADOOP 分布式文件系统 虚拟机 I/O性能
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UGD:面向固态盘缓存系统的数据过滤技术 被引量:2
11
作者 张子刚 蒋德钧 孙凝晖 《高技术通讯》 CAS CSCD 北大核心 2016年第8期739-749,共11页
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,... 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%。 展开更多
关键词 固态盘(SSD) 固态盘缓存系统 固态盘寿命 数据过滤
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基于持久化内存的索引设计重新思考与优化 被引量:3
12
作者 韩书楷 熊子威 +1 位作者 蒋德钧 熊劲 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2021年第2期356-370,共15页
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... 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统中.非易失性内存的出现为构建高效的持久化索引提供了新的思路.由于非易失性硬件还处于研究阶段,因此大多数面向非易失性内存的索引研究工作基于模拟环境开展.在2019年4月英特尔发布了基于3D-XPoint技术的非易失性内存硬件apache pass(AEP),这使得研究人员可以基于真实的硬件环境去进行相关研究工作.首先评测了真实的非易失性内存器件,结果显示AEP的写延迟接近DRAM,而读延迟是DRAM的3~4倍.基于对硬件的实际评测结果,研究发现过去很多工作对非易失性内存的性能假设存在偏差,这使得过去的一些工作大多只针对写性能进行优化,并没有针对读性能进行优化.因此,重新审视了之前研究工作,针对过去的混合索引工作进行了读优化.此外,还提出了一种基于混合内存的异步缓存方法.实验结果表明,经过异步缓存方法优化后的混合索引读性能是优化前的1.8倍,此外,经过异步缓存优化后的持久化索引最多可以降低50%的读延迟. 展开更多
关键词 非易失性内存 持久化内存 索引 存储系统 键值存储系统
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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 被引量:3
13
作者 王盈 蒋德钧 熊劲 《高技术通讯》 CAS 2021年第7期692-704,共13页
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,... 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、PMFS和NOVA,不再考虑数据操作粒度的优化,直接按照文件数据的存储粒度(如4kB)在应用和文件系统之间传输数据。然而,文件系统中的数据读写性能仍然受到操作粒度的影响。本文分析了文件系统在真实NVMM硬件上的性能,发现大粒度操作会降低文件系统性能,并针对数据读写操作粒度提出了优化策略。实验结果表明,本文提出的优化策略使得NVMM文件系统性能提升30.1%。 展开更多
关键词 非易失性内存(NVMM) 文件系统 性能 数据读写粒度
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通过差值和压缩减少SSD的擦除次数 被引量:2
14
作者 郭云格 陈明宇 蒋德钧 《计算机科学与探索》 CSCD 北大核心 2019年第1期45-55,共11页
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... 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。 展开更多
关键词 固态硬盘(SSD) 擦除次数 二次写
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AccGecko:面向分布式存储系统的尾延迟SLO保证框架 被引量:2
15
作者 冷镇宇 蒋德钧 熊劲 《高技术通讯》 CAS 2022年第6期553-564,共12页
对于分布式存储系统来说,保证多租户尾延迟服务质量目标(SLO)同时获得较高的资源利用率十分重要。现有租户负载建模方法忽略了突发流量的密集程度,采用间接方法来预测尾延迟,导致系统的资源利用率较低。为了解决上述问题,本文基于密度... 对于分布式存储系统来说,保证多租户尾延迟服务质量目标(SLO)同时获得较高的资源利用率十分重要。现有租户负载建模方法忽略了突发流量的密集程度,采用间接方法来预测尾延迟,导致系统的资源利用率较低。为了解决上述问题,本文基于密度聚类算法(DBScan),从强度、概率及密集程度3个维度对租户负载突发流量进行建模,直接预测连续突发流量期间请求延迟超限的概率。结合固定速率分配方法,本文设计了尾延迟SLO保证框架AccGecko。相比于已有的工作,AccGecko可以使系统平均多承载66%的租户。 展开更多
关键词 分布式存储系统 尾延迟服务质量目标(SLO)保证 尾延迟预测 负载建模
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A Survey of Non-Volatile Main Memory File Systems
16
作者 王盈 贾文庆 +1 位作者 蒋德钧 熊劲 《Journal of Computer Science & Technology》 SCIE EI CSCD 2023年第2期348-372,共25页
Non-volatile memories(NVMs)provide lower latency and higher bandwidth than block devices.Besides,NVMs are byte-addressable and provide persistence that can be used as memory-level storage devices(non-volatile main mem... Non-volatile memories(NVMs)provide lower latency and higher bandwidth than block devices.Besides,NVMs are byte-addressable and provide persistence that can be used as memory-level storage devices(non-volatile main memory,NVMM).These features change storage hierarchy and allow CPU to access persistent data using load/store instructions.Thus,we can directly build a file system on NVMM.However,traditional file systems are designed based on slow block devices.They use a deep and complex software stack to optimize file system performance.This design results in software overhead being the dominant factor affecting NVMM file systems.Besides,scalability,crash consistency,data protection,and cross-media storage should be reconsidered in NVMM file systems.We survey existing work on optimizing NVMM file systems.First,we analyze the problems when directly using traditional file systems on NVMM,including heavy software overhead,limited scalability,inappropriate consistency guarantee techniques,etc.Second,we summarize the technique of 30 typical NVMM file systems and analyze their advantages and disadvantages.Finally,we provide a few suggestions for designing a high-performance NVMM file system based on real hardware Optane DC persistent memory module.Specifically,we suggest applying various techniques to reduce software overheads,improving the scalability of virtual file system(VFS),adopting highly-concurrent data structures(e.g.,lock and index),using memory protection keys(MPK)for data protection,and carefully designing data placement/migration for cross-media file system. 展开更多
关键词 non-volatile main memory(NVMM) file system PERFORMANCE SCALABILITY crash consistency data protection crossmeida
原文传递
Dalea:A Persistent Multi-Level Extendible Hashing with Improved Tail Performance
17
作者 熊子威 蒋德钧 +1 位作者 熊劲 Ren Ren 《Journal of Computer Science & Technology》 SCIE EI CSCD 2023年第5期1051-1073,共23页
Persistent memory(PM)promises byte-addressability,large capacity,and durability.Main memory systems,such as key-value stores and in-memory databases,benefit from such features of PM.Due to the great popularity of hash... Persistent memory(PM)promises byte-addressability,large capacity,and durability.Main memory systems,such as key-value stores and in-memory databases,benefit from such features of PM.Due to the great popularity of hash-ing index in main memory systems,a number of research efforts are made to provide high average performance persistent hashing.However,suboptimal tail performance in terms of tail throughput and tail latency is still observed for existing persistent hashing.In this paper,we analyze major sources of suboptimal tail performance from key design issues of persis-tent hashing.We identify the global hash structure and concurrency control as remaining explorable design spaces for im-proving tail performance.We propose Directory-sharing Multi-level Extendible Hashing(Dalea)for PM.Dalea designs an-cestor link-based extendible hashing as well as fine-grained transient lock to address the two main sources(rehashing and locking)affecting tail performance.The evaluation results show that,compared with state-of-the-art persistent hashing Dash,Dalea achieves increased tail throughput by 4.1x and reduced tail latency by 5.4x.Moreover,in order to provide de-sign guidelines for improving tail performance,we adopt Dalea as a testbed to identify different impacts of four factors on tail performance,including fine-grained rehashing,transient locking,memory pre-allocation,and fingerprinting. 展开更多
关键词 persistent memory persistent hashing indexing structure
原文传递
A Survey of Phase Change Memory Systems 被引量:9
18
作者 夏飞 蒋德钧 +1 位作者 熊劲 孙凝晖 《Journal of Computer Science & Technology》 SCIE EI CSCD 2015年第1期121-144,共24页
As the scaling of applications increases, the demand of main memory capacity increases in order to serve large working set. It is difficult for DRAM (dynamic random access memory) based memory system to satisfy the ... As the scaling of applications increases, the demand of main memory capacity increases in order to serve large working set. It is difficult for DRAM (dynamic random access memory) based memory system to satisfy the memory capacity requirement due to its limited scalability and high energy consumption. Compared to DRAM, PCM (phase change memory) has better scalability, lower energy leakage, and non-volatility. PCM memory systems have become a hot topic of academic and industrial research. However, PCM technology has the following three drawbacks: long write latency, limited write endurance, and high write energy, which raises challenges to its adoption in practice. This paper surveys architectural research work to optimize PCM memory systems. First, this paper introduces the background of PCM. Then, it surveys research efforts on PCM memory systems in performance optimization, lifetime improving, and energy saving in detail, respectively. This paper also compares and summarizes these techniques from multiple dimensions. Finally, it concludes these optimization techniques and discusses possible research directions of PCM memory systems in future. 展开更多
关键词 phase change memory memory system PERFORMANCE LIFETIME ENERGY
原文传递
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