面向NVM存储系统的快速文件访问系统

NVM存储设备系统具备提供高吞吐的潜质,包括接近内存的读写速度、字节寻址特性和支持多路转发等优势。但现有的系统软件栈并没有针对NVM去设计,使得系统软件栈存在许多影响系统访问性能的因素。通过分析发现文件系统的锁机制具有较大的开销,这使得数据的并发访问在多核心环境下成为一个难题。为了缓解这些问题,设计了无锁的文件读写机制以及基于字节的读写接口。通过取消基于文件的锁机制改变了粗粒度的访问控制,利用自主管理请求提高了进程的并发度;在设计能够利用字节寻址的新的文件访问接口时,不仅考虑了NVM存储设备的读写非对称,还考虑了其读写操作的不同特性。这些设计减少了软件栈的开销,有利于发挥NVM特性来提供一个高并发、高吞吐和耐久的存储系统。最后利用开源NVM模拟器PMEM实现了FPMRW原型系统,使用Filebench通用测试工具对FPMRW进行测试与分析,结果显示,FPMRW相对EXT+PMEM和XFS+PMEM能提高3%~40%的系统吞吐率。

APMSS:一种具有非对称接口的固态存储系统

固态存储系统是解决计算机系统存储墙问题的重要手段,但当前所常用的基于数据块访问方式有很大的局限,存在写放大和无法利用内部存储器件支持字节读写特性等问题,严重影响了固态存储系统的I?O性能和使用寿命.设计了具有非对称接口的固态存储系统(APMSS).在分解文件系统层所提交访问请求的基础上,针对读操作的特性,设计了基于块的读机制,避免改变读粒度增加I?O软件栈开销,并能发挥读缓存的作用;设计了最小化直接写机制,包含通用块层的多粒度固态存储系统映射算法和驱动层的动态粒度写算法,仅将实际需写入数据和位置等信息发送给固态存储系统,提高固态存储系统的写性能,并减少对固态存储系统使用寿命的影响.在开源的块接口固态存储系统PMBD的基础上实现了APMSS的原型,使用存储系统的通用测试工具Fio和Filebench进行测试,结果表明APMSS上的Ext4相比PMBD上的Ext2和Ext4能提高9.6%～29.8%的写性能.

利用非对称锁的高并发NVM存储系统

为了提高非易失性存储系统并发执行访问请求的能力,针对存储设备中的读写访问请求、文件数据和元数据的不同特性,设计了基于区间锁的文件数据并发写策略、基于读拷贝修改的文件数据读写并发策略和基于最小自旋锁的元数据同步策略,以提高访问请求执行的并发度;实现了利用非对称锁的高并发非易失存储系统原型,使用通用测试工具和方法进行了测试与分析,验证所实现的原型系统相比PMFS能提高40%~162%的吞吐率和61%~159%的每秒输入输出量。