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时间:2018-09-28
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1、浅谈MEMS存储设备的管理技术 摘要:MEMS存储设备相对于磁盘,在性能、可靠性和功耗等方面都具有优势。本文主要分析了MEMS存储设备的物理结构对0s管理的影响,主要从请求调度算法、数据布局、设备故障管理进行了探讨和研究。 关键词:MEMS;OS管理;调度算法 一 引言 MEMS(MicroElectromechanicalSystem,微机电系统)存储器是一种新型存储器件,具有高密度、低功耗、非易失、多探针并行访问等特点,相对于传统磁盘具有明显优势。可以填补RAM和磁盘之间的性能差距,可在计算机系
2、统中承担多种角色,为新型高性能海量存储系统结构研究带来新思路和新方法。 二 MEMS存储设备的请求调度算法 (一)磁盘的请求调度算法 第一种是最简单的、性能最差的先来先服务(FCFS):第二种算法是循环查找(CLOOKLBN)。这种算法是按照LBN升序的方式进行服务,也就是说当所有请求的LBN都落后于当前请求的LBN话,就从涉及到最小LBN的请求开始服务:第三种是最短寻址时间优先(sSTF—BN),主要思想是选择具有最小寻址延迟的请求,但是在实际应用中却很少使用。因为很少有主机操作系统具有用计算实际寻
3、址距离或者预测寻址时问的信息,考虑到磁盘LBN到物理位置的映射的关系,大部分的SSTF算法使用的是最近访问的LBN和目标LBN之间的距离作为访问时间的近似,这种简化对磁盘是有效的:第四种是最短定位时间优先算法(SPTF),选择具有最小定位延迟的请求,对磁盘来说,SPTF算法与其它算法显著的不同在于它需要考虑寻道时间和旋转延迟。 将四种调度算法应用到Atalalok上,统计随机负载在不同的请求到达频率下Atlasl0k的响应时间。FCFS的性能是四种调度算法中性能最差的,同时,FCFS的性能随着负载请求的增加性能最
4、快达到饱和。SSTFesLBN的性能比CLOOKLBN要好,SPTF的性能最好,而且SPTF性能达到饱和的速度最慢。 前三种调度算法((FCFSCLOOKLBN和SSTFesLBN)可以利用主机的软件系统简单有效的实现。考虑到磁盘LBN到物理位置的映射关系,实现这三种调度算法不需要详细的设备信息,只需要根据请求的LBN号来选择要服务的请求。SPTF算法通常是在磁盘驱动器的固件中实现,SPTF算法需要磁盘状态的准确信息、LBN到物理位置的映射信息、寻址时间和旋转延迟的准确预测信息等。 (二)MEMS存储设各请
5、求调度算法 为了方便的将MEMS存储设备应用到计算机系统中,MEMS存储设备利用与磁盘相同的接口。为了证明现有的磁盘请求调度算法同样适用于MEMS存储设备,将上节中四种磁盘的请求调度算法应用到MEMS存储设备上。多数的请求调度算法,如SSTFLBN和CLOOKLBN,只需要知道LBN的信息,将LBN之间的距离作为定位时间的估计。SPTF算法涉及到寻址时间和旋转延迟。而MEMS存储设备只存在x轴和Y轴方向的寻址,没有旋转延迟。与磁盘相同的是,寻址时间是一维的,接近一个线性的LBN空间。与磁盘不同的是,MEMS存储设
6、备在两个方向的寻址是并行完成的,选择较大的作为实际的寻址时间。由于x轴方向存在稳定时间,x轴方向的寻址时间总是比Y轴大。如果Y轴的寻址时间比较大,SPTF的性能仅比SSTF略有优势。利用Disksim。将磁盘的调度算法应用到MEMS存储设备上,统计不同的请求到达频率的随机负载下的平均响应时间。 四种调度算法在MEMS存储设备上具有和磁盘类似的性能:FCFS性能最差,SPTF性能最好。但是,FCFS和基于LBN的算法之问的差距比磁盘小。因为在MEMS存储设备寻址时间在整个服务时间中占很大比例。CLOOKLBN和SS
7、TFLBN性能差距要比磁盘小。 三 数据布局策略 (一)小粒度非顺序访问 MEMS存储设备数据访问具有与磁盘类似的特性,短距离寻址比长距离寻址要快。与磁盘不同的是,由于弹簧的回复力的存在,使得不同位置上触动器作用力的影响不同。弹簧作用力对每个tip的访问区域不同位置的影响。弹簧的作用力随着sled位移的增加而增大,对于短距离来说定位时间反而较长。因此,在考虑查找小粒度、常用的数据项的时候,除了考虑寻址距离,还要考虑sled距中心位置的距离。(二)大粒度顺序访问 MEMS存储设备和磁盘的流传输速率相似
8、:Atals10K的流传输速率是17,3-25,2MB/s,MEMS存储设备的流传输速率为75,9MB/s。MEMS存储设备的定位时间比磁盘低一个数量级,对MEMS存储设备来说,定位时间对于大批量数据传输影响很小。例如:一个256KB的读请求在X轴不同位置上的服务时间,在1250个柱面的不同请求之间的服务时间仅差10%。同时减少了大粒度、顺序传送的数据对局部
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