基于数据访问特性的闪存读写冲突优化

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近年来高密度低成本的闪存存储设备得到了广泛应用,逐渐成为主流的存储选择。然而在读写混合的工作负载下,闪存存储设备面临的读写冲突问题一直是影响设备读性能的关键因素。随着闪存多层单元存储技术和三维堆叠的闪存架构不断发展,尽管闪存芯片存储密度持续增加,但也进一步加剧了读写冲突问题对读性能的影响。现有的解决方案通常只考虑在读写冲突发生后进行处理,较少考虑如何在前期主动预防读写冲突的发生,性能优化效果有待进一步提升。针对上述问题,设计实现了基于数据访问特性的闪存读写冲突优化方案(Minimizing Read/Write Interference,MRWI),采用前期主动预防和后期高效处理相结合的方法最小化读写冲突对读性能的影响。分析常见负载中请求的读写访问特性,结合数据访问的冷热程度,划分数据类型。提出前期主动预防读写冲突的数据分离放置方案,对只读热数据和只写热数据采取隔离度加强并行度放松的策略;对于其它类型的数据则采取并行度加强隔离度放松的策略。提出动态配置只读和只写热数据资源分区的方案,更好地适应不同的工作负载。提出一种综合考虑擦除次数和读请求访问热度的迁移芯片选择策略,解决只写热数据区域面临的擦除次数多磨损严重的问题,在保证磨损均衡的同时最小化区域变更对读性能的影响。提出后期高效处理读写冲突的方案,以较小的空间开销备份经常被阻塞的只读热数据,解决经过数据分离放置后仍遗留的少量读写冲突,利用备份数据及时响应读请求。测试结果表明,MRWI与前期主动预防读写冲突的方案ACGP和后期高效解决读写冲突的方案Hot R相比,平均读响应延迟分别降低了24%和19%,吞吐量分别提升了32%和11%。同时MRWI还有效减少了擦除次数,保证了设备寿命,并缓解了运行时的性能抖动问题,降低了设备尾延迟。
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