具备NUMA感知的PCM文件系统设计与优化

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1、分类号TP391学校代码10590UDC004密级公开深圳大学硕士学位论文具备NUMA感知的PCM文件系统设计与优化学位申请人姓名肖锋专业名称计算机科学与技术学院（系、所）计算机与软件学院指导教师姓名罗秋明副教授深圳大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文具备NUMA感知的PCM文件系统设计与优化是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。论文作者签名：日期：年月日具备NUMA

2、感知的PCM文件系统设计与优化摘要新型存储级内存的出现客观上为建立以大数据为中心的计算架构提供了物理上的支持，其兼备了内存和磁盘的特性：在访问速度上接近内存，在容量上又与磁盘相当。当前针对新型存储级内存的研究主要集中在如何管理存储空间和延长其使用寿命上。NUMA(Non-UniformMemoryAccess)架构目前已经成为商用和学术界中的主流服务器架构，对于如何将新型存储级内存高效地部署到NUMA系统上当前还没有开展足够的研究。介于NUMA架构的特征：本地内存的访问速度优于远端内存，将新型存储级内存部署到NUMA系统上必将会出现许多新的、有挑战性的研究问题。本文首先分析了目前商用服务器使用

3、的一款主流架构—NUMA，接着分析了一款基于NUMA架构的IntelXeonE7处理器uncore中性能监控单元PMU（PerformanceMonitorUnit）和IntelNUMA架构上的访存数据流。基于对处理器uncore在访存性能中的重要作用的了解，我们监测了处理器uncore中访存相关性能事件在LLC（LastLevelCache）竞争、处理器远端内存访问和内存控制器竞争三种情况在不同访存压力下的计数值变化，发现这些性能事件计数值的变化在一定程度上能反映节点当前的访存压力情况。接着提出一个访存压力评估模型，其使用机器学习的方法，根据处理器uncore中访存相关性能事件计数值，来评估

4、NUMA架构上各节点的访存压力，经验证得到预测访存压力最小且能获得最大访存带宽的节点的准确率达到63%。针对于PCM的存储方面，提出了一款NUMA架构上的PCM文件系统。根据NUMA架构的特点，使用文件系统性能测试程序对PCM文件系统的性能进行剖析，发现当本地访存压力小时，在本地节点上对PCM的访问带宽高于远端节点；而当访存压力大到一定程度时，远端节点上的PCM访问带宽反而高于本地节点。基于此，将之前的NUMA架构上的访存压力评估模型整合入PCM文件系统，形成一个具备NUMA感知的PCM文件系统。在进程发出文件访问请求之后，首先评估当前系统中各节点上的访存压力大小，将进程迁移到访存压力最小且能

5、获得最大访存带宽的节点上运行。之后使用两个文件系统性能测试程序Iozone和Postmark测试文I具备NUMA感知的PCM文件系统设计与优化件系统的NUMA感知能力，在大部分情况下文件系统具备很好的NUMA感知能力。关键词：SCM；PCM；NUMA；PMU；文件系统IIDesigningandOptmizingofNUMA-awarePCMFileSystemAbstractTheemergingstorageclassmemory(SCM),suchasPhaseChangeMemory(PCM),whichhasbothcharacteristicsofdiskandmemoryinst

6、oragecapacityandaccessspeed,respectively,providesphysicalsupportforconstructingdata-centredcomputingarchitecture.Currently,researchesbasedonSCMmainlyfocusonmanagingstoragespaceandextendingservicelife.NUMA(Non-UniformMemoryAccess)architecturehascurrentlybecomethemainstreamserverarchitecture,however,t

7、hathowtoeffictivelydeploySCMonNUMAsystemhasnotreceivedsufficientconcern.AsthecharacteristicofNUMAarchitecture,theremustexistsubstantialnewandchallengingproblemsindeployingSCMonNUMAsystem.Inthispaper,w