基于飛騰處理器的存儲(chǔ)系統(tǒng)IO調(diào)度優(yōu)化.pdf

1、隨著處理芯片計(jì)算速度的不斷增長(zhǎng)，存儲(chǔ)技術(shù)逐漸成為制約計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸，存儲(chǔ)墻成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)難以突破的性能壁壘。因此，存儲(chǔ)系統(tǒng)的效率問(wèn)題成為計(jì)算機(jī)界公認(rèn)的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。固態(tài)硬盤(pán)憑借其固有的穩(wěn)定、高效等諸多優(yōu)點(diǎn)成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)一步提高存儲(chǔ)效率的不二選擇。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件中文件系統(tǒng)層，通用塊層以及I/O調(diào)度層中都融入了許多針對(duì)機(jī)械硬盤(pán)的優(yōu)化方案。簡(jiǎn)單的將計(jì)算機(jī)機(jī)械硬盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)替換為固態(tài)硬盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)，不僅難以發(fā)揮固態(tài)硬盤(pán)的優(yōu)秀性能，還

2、會(huì)出現(xiàn)難以預(yù)料的后果。因此，如何有效地解決固態(tài)硬盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)與當(dāng)前系統(tǒng)軟件的匹配問(wèn)題，是高效利用固態(tài)硬盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)的關(guān)鍵，也是當(dāng)前針對(duì)固態(tài)硬盤(pán)的研究熱點(diǎn)。
　　飛騰系列國(guó)產(chǎn)化處理器在處理頻率上與主流商用處理器還存在一定的差距，但飛騰處理器以較低的工作頻率實(shí)現(xiàn)了多核多線(xiàn)并行化處理。多核多線(xiàn)并行化處理方式降低了單核的計(jì)算頻率，將計(jì)算資源平均分配為多個(gè)計(jì)算核心。在高并發(fā)低計(jì)算需求的應(yīng)用場(chǎng)景下，飛騰處理器低單核性能可以有效滿(mǎn)足地計(jì)算需求任務(wù)同

3、時(shí)也不會(huì)帶來(lái)功耗的大幅增加。飛騰處理器尤其適合應(yīng)用于高并發(fā)、重I/O的服務(wù)器，但目前基于飛騰處理器的國(guó)產(chǎn)化存儲(chǔ)系統(tǒng)尚存在以下問(wèn)題：（1）固態(tài)硬盤(pán)有著優(yōu)良的內(nèi)部并發(fā)機(jī)制，與飛騰系列處理器的多核并行處理遙相呼應(yīng)，但受限于傳統(tǒng)系統(tǒng)軟件的漏斗狀設(shè)計(jì)難以實(shí)現(xiàn)并行I/O。（2）在海量數(shù)據(jù)環(huán)境下，數(shù)據(jù)分布表現(xiàn)出一定的規(guī)律，數(shù)據(jù)分布可以深度影響到系統(tǒng)的處理性能，目前系統(tǒng)尚沒(méi)有針對(duì)數(shù)據(jù)特征作出相應(yīng)調(diào)整。（3）固態(tài)硬盤(pán)存在固有的讀寫(xiě)不對(duì)稱(chēng)缺陷，讀寫(xiě)性能有著

4、一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)的差距，這一缺陷嚴(yán)重影響了系統(tǒng)I/O路徑的穩(wěn)定性。因此，針對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)軟件存在的上述問(wèn)題，本文主要進(jìn)行了以下研究：
　　第一，針對(duì)飛騰系列處理器的多核多線(xiàn)并行處理特性，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了新型的并行化I/O調(diào)度軟件結(jié)構(gòu)。新型調(diào)度軟件分為調(diào)度前端和調(diào)度后端兩個(gè)層次。調(diào)度前端以飛騰多核為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)并行調(diào)度機(jī)制實(shí)現(xiàn)了處理器多核的公平調(diào)度。調(diào)度后端軟件針對(duì)數(shù)據(jù)的分布特性和固態(tài)硬盤(pán)的性能缺陷分別實(shí)現(xiàn)不同的優(yōu)化策略。
　　第二，針對(duì)系

5、統(tǒng)在應(yīng)用層重尾分布數(shù)據(jù)下表現(xiàn)出的突發(fā)性局部擁塞和較高的平均響應(yīng)延遲時(shí)間問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)提出了DV IO S優(yōu)化方案。DVIO S可以根據(jù)后續(xù)層次的反饋動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)控制閥門(mén)，依據(jù)實(shí)時(shí)反饋動(dòng)態(tài)調(diào)整對(duì)上層I/O請(qǐng)求的分類(lèi)依據(jù)，從而實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)I/O路徑的局部擁塞情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，DVIO S優(yōu)化方案可以有效改善系統(tǒng)I/O路徑的局部擁塞情況，可以明顯優(yōu)化系統(tǒng)的平均響應(yīng)延遲時(shí)間。
　　第三，固態(tài)硬盤(pán)雖然整體性能優(yōu)越，但存在讀寫(xiě)不對(duì)稱(chēng)性缺陷，