PCIe SSD I/O栈设计与原型系统研究

近些年来,为了满足各种应用日益增长的I/O性能要求,存储子系统经历了巨大的变革.基于PCIe接口的SSD(solid state drive)凭借其高带宽,低延迟的特点逐渐成为主流的存储设备.包括I/O栈设计在内的针对PCIe SSD的研究,将成为存储领域的研究热点.目前涉及到PCIe SSD具体实现细节的文献相对缺乏,不利于相关研究的开展.归纳了PCIe SSD设计中需要考虑的问题与相关研究,并介绍了一个实际的PCIe SSD原型系统的实现方案.同时,对原型系统中的I/O栈驱动层的设计和优化技术也进行了分析,包括DMA(direct memory access)优化技术和多队列多中断技术.最后,对原型系统进行测试,并与商用PCIe SSD测试结果对比,表明原型系统具有更高的性能,有助于PCIe SSD的相关研究.

新型非易失存储I/O栈综述

随着新型非易失存储介质的出现,软件I/O栈的开销已经成为存储系统的性能瓶颈.首先详述了基于磁盘的传统I/O栈的各个软件层次和请求经过I/O栈的一般流程.在分析了传统I/O栈在闪存(flash)、相变存储器(phase change memory,PCM)等新型非易失存储介质构成的存储系统中存在的问题后,对专门为PCIe固态硬盘(solid state drive,SSD)设计的高性能主机控制器接口——NVMe接口及基于该接口的I/O栈、请求流程进行了详细介绍.最后,针对相变存储器、阻变存储器(resistive randomaccess memory,RRAM)和自旋转移矩磁阻随机存储器(spin-transfer torque magnetic random access memory,STT-MRAM)等下一代存储介质,对I/O栈在中断使用、文件系统权限检查等方面带来的性能问题进行了详细分析,指出未来I/O栈设计要考虑的问题.