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《纳西科技大学》 2019年
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基于非易失内存的敏捷索引方法及永利赌场研究

张晓祎  
【摘要】:在大数量背景下,计算机系统对内存容量的需要越来越大。风基于动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory,DRAM)的内存系统在制造工艺和耗资上正面临着伟大的挑战,困难以满足大数量时代之需要。随着材料和存储技术之快速提高,以相变存储器(Phase Change Memory,PCM)和阻变存储器(Resistive Random Access Memory,RRAM)为代表的新星非易失内存(Non-Volatile Memory,NVM)开头出现。NVM具有掉电非易失、按字节修改寻址、迅速访存、高存储密度、低静态功耗等优点,该署优良特性让NVM可以和DRAM总计组成混合内存系统,甚至在未来完全取代DRAM成为内存系统之严重性存储介质。顶NVM表现计算机内存的时节,霎时的目录结构对于提升数据查询和空中管理的频率非常关键。然而,风基于DRAM的目录结构并未能高效永利赌场于新型NVM装备,因为它们既没有考虑NVM写性能较差和坚实性较低等缺陷,也无从保证体系意外断电情况下的数目一致性。本文探讨了基于NVM的目录结构面临的数目一致性、较差的写性能和较低的坚实性等问题,副单点询问和规模查询两个地方提出了解决方案,并从文件系统之舒适度给出了一种NVM目录结构的永利赌场场景。本文的严重性研究内容和更新点如下。针对传统哈希索引结构没有考虑到NVM生活的弱点和数量一致性的题材,谈起了一种基于NVM的高性能哈希索引结构Group hashing,调减了多少一致性带来的付出,降低了CPU Cache的失效率,提升了哈希索引的追寻、插入和删除性能。Group hashing使用8字节原子写技术保证数据一致性,这样可以避免日志或者写时复制技术之利用,调减对于NVM的写操作以及一致性带来的附加开销。Group hashing谈起了一种名为组内共享的艺术,名将哈希索引空间划分为多个地方连续的分组,把同一个分组内的哈希冲突单元存放到相匹配的分组里,在高速解决哈希冲突的同时降低了CPU Cache的失效率。另外,Group hashing还包含了一种组内再哈希之点子,降低了哈希冲突时在分组内搜寻目标哈希单元带来的推移,因而进一步提升哈希索引的追寻性能。试验结果表明,Group hashing在三种真实负载下的追寻、插入和删除性能和CPU Cache效率都要优化现有基于NVM的哈希索引结构。针对现有基于NVM的纯粹索引结构无法同时高效支持单点询问和规模查询这一问题,谈起了一种基于NVM与DRAM构成之高性能混合索引方法HSHI,富于发表了不同索引结构的长处,霎时支持了规模查询,提升了混合索引的追寻、插入和删除性能。HSHI利用哈希索引和跳跃表(Skiplist)构成混合索引:哈希索引作为第一索引位于NVM,用于处理查找、插入、剔除等主导操作;跳跃表作为辅助索引位于DRAM,用于处理范畴查询操作。HSHI对DRAM上的跳跃表采用异步更新机制,这样可以降低混合索引的写延迟。为了削减混合索引的特殊性开销,HSHI使用8字节原子写保证数据一致性。另外,HSHI还采用了一种细粒度的锁机制来支持混合索引的并发访问。试验结果表明,HSHI能很快支持范围查询,而且在安全线程和多点程负载下的追寻、插入和删除操作性能都要优化现有支持范围查询的NVM目录结构。文件系统是索引结构永利赌场的一个重要领域。针对传统文件系统日志技术无法高效永利赌场于新型NVM装备的题材,谈起了一种基于NVM的公文系统日志技术NJS,调减了文件系统之日记开销,提升了文件系统之写性能。为了削减对于NVM的写入数据量,NJS只将覆盖写数据和文件系统元数据写入到NVM,而增加写数据则直接写入文件系统。NJS谈起了一种基于磨损感知的日记块分配方式,在每次分配空闲NVM日志块的时节,NJS都市选择磨损次数最少的日记块,因而提升NVM的利用寿命。NJS使用哈希索引管理NVM日志区域,并在此基础上提出了一种字节粒度的日记块更新策略,顶NVM中的日志块需要更新的时节,NJS穿越哈希索引寻找已部分旧本子日志块,使用旧本子实现就地更新,这样可以从容运用NVM按字节修改的性状。NJS还包含了一种垃圾回收机制用于回收无效日志块,可以减少日志数据写回到文件系统之效率,因而进一步提升文件系统之习性。试验结果表明,与应用Ramdisk表现日志设备的Ext4对比,NJS在不同负载下的用电量平均提升了57.1%。
【学位授予单位】:纳西科技大学
【学位级别】:院士
【学位授予年份】:2019
【列入号】:TP311.13;TP333

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