一种基于pcm的文件系统设计与实现

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1、AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDesignandImplementationofaPCMFileSystemCandidate:ShenHanMajor:ComputerTechnologySupervisor:Prof.CaoQiangHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2013独创性声明本人声明所呈交的学位论文

2、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

3、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相变存储器（PhaseChangeMemory,PCM）作为一种新型的非易失性存储介质，具有高存取速度、非易失性、可按字节寻址等特性。PCM利用特殊材料在晶态和非晶态的电阻差异来记录信息，具有和DRAM同一数量级的读写速度。传统文件系统都针对磁盘等特性设计的，直接应用在PCM上还存在很多问题，不仅存在空间浪费，还会损失部分PCM的性能。针对PCM特性设计新

4、的文件系统已经成为了当前学术界的研究热点。针对PCM设计了一种专用文件系统PCMFS，能够充分利用PCM读延迟低的特点，并考虑单位存储成本，提高存储利用率。PCMFS能够直接支持虚拟文件系统接口，采用inode等数据结构，简化了元数据的操作，从而减少元数据管理开销；PCMFS将索引节点表和数据区整合为了一个物理区域，并且采用了两边向中间分配的方式，这样就可以适应不同应用场景对于索引节点和数据块的数量要求；PCMFS还设计了DIT（被删除索引节点表）来处理被删除的索引节点，减少数据空洞；PCMFS还引入了数据迁移的机制，为了在应用场景发生突变的

5、时候保证空间利用率。最后在上述设计方案的基础上，在linux平台上实现PCMFS原型。经过ext2（在ramdisk工具上运行）、ramfs、tmpfs和PCMFS的对比测试，PCMFS在空间使用率上要比ext2高12%，平均访问速度比ext2高23.3%，比ramfs和tmpfs低4.5%。由于ramfs和tmpfs本身就是针对内存优化的文件系统，因此本设计方案表现出较好的性能，并且在空间节省上也具有优势。关键词：相变存储器，文件系统，元数据管理，数据迁移I华中科技大学硕士学位论文AbstractAsanemergingnonvolatil

6、ememory,PCM(PhaseChangeMemory)exhibitssomeremarkablefeatures,suchasfastaccess,nonvolatileandByte-addressable.PCMusestheresistancedifferencebetweenamorphousandcrystalstatetorecordbitinformation,ItsreadandwriteperformanceisthesameorderofmagnitudewithDRAM.Traditionalfilesystem

7、sareestablishedinthestandardblockdevicesuchasdisk,andcan’texploitPCMcharacteristics.Thereisnotonlyawasteofspace,butalsothelossofPCMperformanceiftraditionalfilesystemsaredirectlyemployed.ThedesignofnewfilesystemforPCMhasbecomeahotresearcharea.Thispaperpresentsaspecialfilesys

8、temdesignedforPCM,PCMFSwhichfullytakesintoaccountthelowaccessdelayandcostperbitofP