固态硬盘公平性事务处理方法研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文

摘要

在共享环境下，由于现代高性能固态硬盘（Solid-StateDrives,SSD）可以并行处

理多个负载，并发负载间公平地使用SSD资源成为I/O系统的重要保障。如果I/O系

统缺乏公平性控制机制，那么负载间将由于相互干扰而引发公平性问题。然而，现代

SSD为了提高性能而绕过I/O软件栈，导致传统的公平性控制机制失效。这给I/O系

统的公平性带来巨大的挑战。

目前，有众多研究工作在SSD内部提供了公平性事务调度，但是这些工作受到

当前SSD处理事务框架的限制，仅能提供有限的公平性保障，并产生了不可忽略的

性能损失。一方面，芯片队列间的调度结果相差较大，难以保障总体公平性；另一方

面，忽略了事务并行执行条件以及后端存储的有限并行能力，导致调度决策无法有效

执行。为此，设计了公平性保障增强的事务处理方法。该方法包含二阶段地址映射和

并行能力感知的事务派发控制。二阶段地址映射的第一阶段旨在分别对负载进行轮

询分配，尽可能在芯片队列间维持相同的调度结果；第二阶段进行全局轮询分配，并

根据公平性选择地开启晶粒级隔离，以满足事务并行执行条件；并行能力感知的事务

派发控制基于负载的特征进行调度，并与第二阶段地址映射协作，共同实现SSD并

行能力的高效利用。该方法包含三个子步骤，事务先由第一阶段地址映射确定通道和

芯片地址，之后进行并行能力感知的事务派发控制，最后再由第二阶段地址映射确定

晶粒和面地址。

实验结果表明，相比于现有的公平性控制机制，该方法平均提升了96%的公平

性；相比于面向并发的事务调度，该方法平均仅降低了0.4%的资源利用率。

关键词：固态硬盘；事务处理；公平性控制

I

华中科技大学硕士学位论文

Abstract

Insharedenvironments,withmodernhigh-performancesolid-statedrives(SSDs)that

canmultipleworkloadsinparallel,fairsharingofSSDresourcesamongconcurrent

workloadsisanessentialrequirementforI/Osystems.IftheI/Osystemlacksfairness

controlmechanisms,itwillleadtofairnessissuesduetotheinterferenceamongconcurrent

workloads.However,toimproveperformance,modernSSDsbypasstheI/Osoftwarestack.

Unfortunately,thisleavesSSDswithoutthemanagementoftraditionalfairnesscontrol

mechanisms,whichbringsahugechallengeforI/Osystemsonfairnessissues.

Atpresent,therearemanystudiesthatprovidefairness-basedtransactionscheduling

insidetheSSD.However,theperformanceimprovementoftheseworksisconstrainedby

currenttransactionprocessingframeworkinSSDs,onlyprovidinglimitedfairness

guaranteesinanon-negligiblesacrificeinperformance.First,theseworkshavedifferent

sc