一种基于ssd的缓存策略设计与实现

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1、分类号学号M201072446学校代码10487密级硕士学位论文一种基于SSD的缓存策略设计与实现学位申请人：王英建学科专业：计算机系统结构指导教师：谭志虎副教授答辩日期：2013.1.21AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDesignandImplementationofaCachePolicyBasedonSolid-StateDiskCandidate:WangYingjianMajor:Comp

2、uterArchitectureSupervisor:Assoc.Prof.TanZhihuHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaJanuary,2013独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作

3、者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。 本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要传统的缓存策略主要基于内存缓存，采用读写速度作为最终目标，随着固

4、态硬盘SSD的出现，传统的缓存设计思路不再适用，由于固态硬盘存储介质Flash的读写特性以及擦写次数限制，如果将传统的缓存设计方案直接应用于SSD中，不仅不会取得理想的效果，还会造成固态硬盘寿命的快速耗尽。如果能够在设计缓存策略的同时尽可能考虑到固态硬盘的特性，就可以在不影响其使用寿命的前提下发挥固态硬盘的最大作用。基于SSD的自适应开销敏感型缓存策略充分考虑到了固态硬盘本身的特性，结合传统缓存策略的设计思路，最大化发挥了固态硬盘的作用。其核心机制为内存缓存基于访问模式的动态调整能力以及高效的热数据选取算法，考虑到磁盘的读写性能以及SSD

5、的读写性能差异，将内存缓存区分为读区和写区，通过对当前访问模式的分析，动态的调整读写区大小以适应当前的使用场景，在选取热数据的过程中，在不增加空间复杂度的情况下，使热数据选取的时间复杂度降为最低。在热数据迁移过程中，考虑到数据迁移对系统服务的影响，并不单独进行迁移，而是将热数据迁移分散到各个读写请求处理完成之后进行，避免了热数据选取和数据迁移带来的性能影响。对基于SSD的自适应开销敏感型缓存策略进行了测试。测试结果表明，基于SSD的自适应开销敏感型缓存策略能够根据当前的访问模式作出动态调整，降低系统的响应时间。同时，对随机情况下系统的读写

6、性能进行了测试，结果表明，基于SSD的缓存策略读写性能均有很大提升，其中读性能的提升更加明显。此外，在SSD的写次数上，在相同的系统中采用基于SSD的自适应开销敏感型缓存策略明显低于传统缓存策略，有效延长了SSD的使用寿命。关键词：固态硬盘，缓存策略，热数据，访问开销I华中科技大学硕士学位论文ABSTRACTConventionalcachepolicymainlyuseRAMascachedeviceandsetthespeedofreadandwriteastarget.WiththeadventofSSDs,thisdesignno

7、longerapplicableastheCharacteristicofSSDs.IfthetraditionalcachedesignisapplieddirectlytotheSSD,notonlywillnotachievethedisiredresults,itwillresultinSSD'lifequicklywearout.IfasmuchaspossibletakeintoaccountthecharacteristicsoftheSSDwhiledisigningcahcepolicy,wewillobtainthed

8、isiredresultswhilenotaffectingitslife.SSD-basedAdaptiveCost-Awarecachepolicyfullytakesintoaccoun