基于SSD高速缓存的桌面虚拟机交互性能优化方法

针对在桌面虚拟机办公环境下应用软件响应时间过长的问题,提出一种利用固态硬盘高速缓存来改善虚拟机响应时间和交互性的方法。在传统磁盘和内存之间添加固态硬盘高速缓存,将影响系统交互性的磁盘内容保存到固态硬盘高速缓存中。通过利用固态硬盘读速度快、随机寻道时间短的特征,提高虚拟机读磁盘性能,进而缩短应用软件的响应时间并改善系统的交互性。针对桌面虚拟机办公环境下磁盘I/O的特征,设计固态硬盘高速缓存的替换算法和缓存策略。实验显示,固态硬盘高速缓存是缩短虚拟机响应时间、改善虚拟机交互性的一个好方法。

一种用磁盘备份SSD的高性能可靠存储系统

固态盘(solid state drive,SSD)因为其优越的性能已被大量部署于当前的存储系统中.但是,由于寿命有限,SSD的可靠性受到广泛的质疑.磁盘阵列(redundant arrays of inexpensive disk,RAID)是一种传统的用来提高可靠性的手段,但并不适用于SSD.这项工作提出一种基于SSD和磁盘的混合存储系统,构建该系统的主要思想是SSD响应所有I/O请求,从而获得较高的性能;磁盘备份所有数据,从而保证系统的可靠性.但是,磁盘的I/O性能显著低于SSD,构建该系统的问题在于磁盘能否及时地备份SSD上的数据.为了解决这一问题,从两方面提出优化:在延迟方面,采用非易失主存弥补磁盘与SSD的延迟差距;在带宽方面,采用两种措施:1)在单块磁盘内部重组I/O请求,使磁盘尽可能的顺序读写;2)采用多块磁盘备份多块SSD,通过将一块SSD上的写请求分散到多块磁盘上,有效应对单块SSD上出现的突发写请求.通过原型系统实现表明,该混合系统是可行的:磁盘能够为SSD提供实时的数据备份;与其他系统相比,该混合系统取得较高的性价比.

一种面向RAID阵列的SSD设计优化方法

随着大数据时代的到来,固态硬盘已经逐渐在大型数据中心得到应用。作为使用最广泛的RAID技术,RAID5也开始应用于固态硬盘阵列,以保证数据的可靠性。然而,RAID5中校验信息需要频繁地更新,尤其在随机访问中,频繁地更新校验信息将会对固态硬盘阵列的性能和寿命造成很大的影响,针对此问题,提出PA-SSD(Parity-Aware Solid State Disk)控制器设计,从RAID5控制器得到校验信息的逻辑地址,在SSD控制器中设置一个缓存Pcache,暂存更新后的校验信息,并在SSD中将数据和校验分开布局,设置专门的区域存放校验信息。通过实验仿真测试,提出的方法能有效地减少校验信息对SSD的写操作,并且减少了SSD的擦除次数,提升了SSD阵列的性能和寿命。

分析文件系统和I/O调度器对SSD性能和寿命的影响

伴随着高性能、高可靠性、低功耗和重量轻等优势,SSD被认为是下一代主流存储设备.文件系统组织和管理文件的实现方式,以及I/O调度器对请求的预处理操作对SSD的性能和寿命有很大的影响.以负载、文件系统、I/O调度器作为测试维度,分析不同负载下的文件系统和调度器的特点以及TRIM优化,并利用Blktrace收集测试过程中发生的每一条I/O操作,用SSDsim评估数据块擦除次数.通过实验发现,在不同的负载下文件系统和调度器对性能和寿命存在显著的差异,Ext4和Deadline表现出更好的综合指标.基于各方面分析,为以后面向SSD文件系统和I/O调度器的设计提供见解.

DIR:Dynamic Request Interleaving for Improving the Read Performance of Aged Solid-State Drives

Triple-level cell(TLC)NAND flash is increasingly adopted to build solid-state drives(SSDs)for modern computer systems.While TLC NAND flash effectively improves storage density,it faces severe reliability issues;in partic-ular,the pages exhibit different raw bit error rates(RBERs).Integrating strong low-density parity-check(LDPC)code helps to improve reliability but suffers from prolonged and proportional read latency due to multiple read retries for worse pages.The straightforward idea is that dispersing page-size data across several pages in different types can achieve a low-er average RBER and reduce the read latency.However,directly implementing this simple idea into flash translation lay-er(FTL)induces the read amplification issue as one logic page residing in more than one physical page brings several read operations.In this paper,we propose the Dynamic Request Interleaving(DIR)technology for improving the performance of TLC NAND flash-based SSDs,in particular,the aged ones with large RBERs.DIR exploits the observation that the la-tency of an I/O request is determined,without considering the queuing time,by the access of the slowest device page,i.e.,the page that has the highest RBER.By grouping consecutive logical pages that have high locality and interleaving their encoded data in different types of device pages that have different RBERs,DIR effectively reduces the number of read re-tries for LDPC with limited read amplification.To meet the requirement of allocating hybrid page types for interleaved data,we also design a page-interleaving friendly page allocation scheme,which splits all the planes into multi-plane re-gions for storing the interleaved data and single-plane regions for storing the normal data.The pages in the multi-plane re-gion can be read/written in parallel by the proposed multi-plane command and avoid the read amplification issue.Based on the DIR scheme and the proposed page allocation scheme,we build DIR-enable FTL,which integrates the proposed schemes into the FTL with some modifications.Our experimental results show that adopting DIR in aged SSDs exploits nearly 33%locality from I/O requests and,on average,reduces 43%read latency over conventional aged SSDs.

SSD硬盘的数据恢复方法研究

SSD硬盘作为一种高速存储硬盘,广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空、导航设备等领域。通过分析SSD硬盘的有关原理结构和文件数据存储特性,从硬盘的逻辑层、物理层、固件层3个方面阐述了SSD硬盘的恢复可能性以及存在的挑战,进行了实验验证,总结出了三种SSD硬盘数据恢复方法。

基于OpenSSD的闪存转换算法优化

随着信息技术的快速发展,数据存储的需求日益增长,人们对硬盘读写性能的要求越来越高.相比于机械硬盘,固态硬盘可靠性高、能耗低,无寻道时间开销,逐渐取代机械硬盘成为主流的存储介质.但固态硬盘访问数据时需要经过转换,对应的闪存转换算法对读写性能影响很大.OpenSSD项目提供了一个可开发SSD固件的平台,基于此平台本文针对其上的闪存转换算法进行研究并优化,分析了影响I/O读写性能的各类因素,设计出一种适合CosmosOpenSSD的缓存管理和闪存管理方法,大幅提高了Cosmos Open SSD的性能.

SSD，何时真正来到我们身边？

自从三星等厂商带头推出以来，SSD（Solid State Disk固态磁盘，泛指使用NAND闪存组成的固态硬盘）就以其诸多优点吸引了广大的用户，但因其居高不下的价格暂时无法成为主流产品。闪存芯片跌价后，市场中的闪存产品让人感觉如同大白菜一样便宜，1GB闪存产品——无论是闪盘还是SD卡，售价都只要50元左右，但是市场中64GB的SSD售价却高达6000多元。按理说，SSD和闪盘理论上结构是差不多的，因此64GB SSD的售价应该比64GB×50元／GB=3200元便宜才合理。但是现在不但不便宜，64GB的SSD还要贵出1倍左右。此时玩家不禁开始寻思，同样是闪存产品的SSD价格什么时候能够降到大家都可以承受的范围。

Win7下优化SSD性能 让超极本超越极限

SSD是Solid State Disk的缩写．中文名称固态硬盘。也是目前很多笔记本和超极本普遍使用的最新存储设备，相比于此前传统的机械硬盘。SSD的存储速度更快，具有更加省电，更加轻薄以及便于移动等优点，但目前SSD的容量还比较小，并且价格也贵。

如何用好你的SSD

在过去十几年中,CPU的性能提升了100倍以上,而传统的HDD硬盘(Hard Disk Drive)才提升了1.5倍不到,这种不均衡的计算存储技术发展,极大地影响了IT系统整体性能的提升。直到固态硬盘SSD(Solid State Drive)被发明出来,其性能有了颠覆性的提升,才解决了存储的瓶颈问题。然而,SSD作为一项新技术,仍然存在一些固有的缺陷,如何充分发挥SSD的优势,是一个值得研究的方向。下面从性能、持久性、使用成本等方面对此话题做一些探讨。

专属于SSD的极速狂飙SATA30时代即将揭幕

假如没有SSD（Solid State Disk，固态磁盘）的搅局．最高传输速率3．0 Gb／s的SATA2．x标准还可以用上很长的时间，毕竟以温彻斯特硬盘蜗牛般的提升速度．要到达这个极限绝非易事。台式机和笔记本电脑的硬盘即便到目前为止．也没有超出7200r／min的转速．但是SSD的到来显然打破了游戏规则……而SATA 3．0也许就是业界对未来，专门为SSD产品铺设的高速公路。

Sub-Join:面向闪存数据库的查询优化算法

固态硬盘具有高速的随机读取速度、低功耗、体积小等特点,被认为将取代磁盘成为新一代的数据存储设备。但是闪存数据库的查询性能的提高却远小于固态硬盘相比于磁盘I/O性能的提高,其原因在于现有的数据库是基于磁盘设计的,不能充分发挥固态硬盘的高速性能。提出一种名为子连接(Sub-Join)的连接算法。首先将数据表的连接列和主键投影为新的子表,然后对子表进行接连操作,最后根据子表的连接结果再从原始数据表中回取查询结果。通过和开源数据库Oracle Berkeley DB的比较实验,结果表明子连接算法比原有算法的性能提高了40%～100%,充分说明了它的优越性。

基于磁盘和固态硬盘的混合存储系统研究综述

大数据和云计算环境下海量增长的数据对存储系统的超高容量和体系结构带来了极大的挑战。目前存储系统的发展趋向于大容量、低成本和高性能,然而任何单一的存储器件如传统的机械磁盘(HDD)、固态硬盘(SSD)、非易失型性随机存储器等由于其固有的物理特性的限制,并不能满足以上的需求。将不同的存储介质混合组合成高效的存储系统是一个好的解决方法,固态硬盘作为一种高可靠性、低能耗、高性能的存储器被越来越广泛地运用到混合存储系统。通过将固态硬盘与传统磁盘进行组合,利用固态硬盘的高性能和传统磁盘低成本大容量的特点,能够为用户提供大容量的存储空间,保证系统的高性能,同时还能降低成本。通过阐述SSD与HDD混合存储系统的研究现状,对不同的SSD与HDD混合存储系统进行分类总结;然后针对缓存架构和设备同层架构这两种目前最流行的存储架构中涉及到的关键技术和不足进行讨论;最后对基于SSD和HDD的混合存储技术进行概括总结,并对今后该领域的研究重点和方向进行展望。

一种新型的高性能计算机存储系统的研究与实现

文中提出了一种改善计算机存储系统写请求特别是小写请求性能的新的存储结构．采用有着高存储速度、高可靠性的固态盘和廉价的硬盘空间共同作为磁光盘的写高速缓存，并结合顺序文件存取技术，从存储体系结构角度出发，研究并实现了一种以较低成本实现快速、可靠、大容量的存储系统．试验表明新型存储系统不必修改现有文件系统，即能大幅提高存储系统性能．系统可用于要求高可靠性的军用环境以及高可靠性和快速大容量要求的民用系统．

基于混合存储的无盘网络服务器数据优化分布方法

无盘网络服务器需处理大量I/O操作,导致其存储子系统成为系统性能提升的瓶颈。为解决该问题,提出基于固态硬盘(SSD)和硬盘驱动器(HDD)混合存储的数据分布方法,使工作站共享的操作系统和应用程序镜像数据分布于SSD,而将工作站运行过程中的镜像修改数据分布于HDD。根据无盘网络服务器I/O数据块访问特性,建立块分布模型,由此设计SSD和HDD间的数据块动态迁移方法,根据SSD和HDD中块的访问信息计算数据分布概率,并动态决定数据块的保存位置。实验结果表明,该方法可有效提高工作站启动速度及存储系统带宽,减少SSD写次数。

一种基于请求大小的固态盘I/O调度算法

对于同类型的I/O请求,基于闪存固态盘的请求响应时间与请求大小基本呈线性比例关系,并且固态盘的读写性能具有非对称性。针对该特性,提出一种基于请求大小的固态盘I/O调度(SIOS)算法,从I/O请求平均响应时间的角度提高固态盘设备的I/O性能。根据读写性能的非对称性,对读写请求进行分组并且优先处理读请求。在此基础上首先处理等待队列中的小请求,从而减少队列中请求的平均等待时间。采用SLC和MLC 2种类型的固态盘进行实验,在5种测试负载的驱动下与Linux系统中的3种调度算法进行比较,对于SLC固态盘,SIOS平均响应时间分别减少18.4%、25.8%、14.9%、14.5%和13.1%,而对于MLC固态盘,平均响应时间分别减少16.9%、24.4%、13.1%、13.0%和13.7%,结果表明,SIOS能有效减少I/O请求的平均响应时间,提高固态盘存储系统的I/O性能。

列存储模式下闪存数据库的查询优化算法

固态硬盘的高性能在现有数据库系统中未能获得提升,针对该问题,提出一种连接算法,基于列存储模式,对闪存数据库连接查询进行优化。算法充分利用列存储的存储粒度小和固态硬盘高速随机读的优点,有效克服与闪存的不匹配问题。实验结果表明,与原算法相比,该算法在不同选择率和不同内存条件下的查询时间较少。

一种提高固态盘可靠性的设计方法

提出了一种LS-RAID(Logic-level Striping Redundant Array of Independent Disks)固态盘(Solid State Disk,SSD)设计模型。在单个闪存芯片内,该模型在逻辑层实现了条带化,并将校验信息按照RAID5机制分配到逻辑闪存芯片中,从而提高了固态盘可靠性。使用DiskSim进行仿真测试,表明该模型在提高可靠性的同时,对固态盘平均寿命和损耗均衡影响不大,具有实用价值。

合成Trace及其I/O请求产生器的设计与实现

本文讨论了一种用于测试、仿真和评价外存储子系统的合成Ｔｒａｃｅ及其Ｉ／Ｏ请求产生器的设计与实现。从分析Ｉ／Ｏ负载特性着手设计合成Ｔｒａｃｅ，用双时钟方法实现Ｉ／Ｏ请求产生定时和Ｉ／Ｏ响应计时，给出了对固态盘－光盘子系统的实测结果。

一种基于固态盘的磁盘缓存系统架构及其在子午工程数据中心业务系统中的应用

固态盘作为内存和磁盘之间的二级磁盘缓存运用于服务器存储层次结构中,以满足空间科学研究领域日益增长的应用级I/O请求.然而,当前主流混合存储架构未能充分发挥固态盘优势,也没有考虑其寿命损耗.因此,本文提出一种联合固态盘、磁盘的RAF(Random-Access First)混合存储架构,在提高系统性能的同时可延长固态盘寿命.其主要思路是通过序列探测技术,区分负载中的随机访问和连续访问,并将随机和顺序访问请求重定向到固态盘和磁盘系统分别处理.RAF的原型已在Linux内核2.6.30.10中实现.基于子午工程真实业务数据及模拟数据的实验结果表明,RAF与当前的主流架构Flash Cache相比,在多种负载情况下可提升系统响应时间17%,同时减少固态盘老化率53%,提高了存储系统的整体性能.