瓦记录磁盘驱动器的I/O调度算法研究及其实现

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伴随着数字时代各种事物的数字化进程,信息量正以前所未有的速度急剧的增长,对存储系统容量的需求也在同步增加,存储系统逐渐成为信息系统里的一大瓶颈。而传统磁盘是信息的最主要的存储载体之一,但是,受超顺磁等效应的影响,磁盘的面密度也即将达到上限。瓦记录技术的概念比较简单,其基本思想是:利用硬盘驱动器读写通道强大的检纠错能力,在写入数据时,通过重叠相邻磁道的一部分,使得实质上的有效磁道宽度变窄,从而提高盘片的面密度,其面密度可达现有磁盘的10倍以上,但这是以牺牲磁盘的随机写性能为代价的。在现有的技术条件下,只需对硬盘的结构和磁头进行小的改动,这种记录方式就能够实现。用于瓦记录磁盘驱动器的I/O调度算法的研究,目的是要减少在改写重叠区扇区数据时,需要额外补写的扇区的数目。在简要介绍了瓦记录的基本原理的基础上,设计了瓦记录磁盘驱动器的简易模型;分析了目前Linux系统中五种基本的调度算法,并结合瓦记录磁盘的数据组织方式特点后,提出在主机操作系统层次上,I/O调度层中,按照物理扇区号增长的原则设计了I/O请求的排序模块,采用预测等待的机制设计了I/O请求的预测等待模块;在块设备驱动层中,实时监测当前磁头位置,根据就近的原则设计了I/O请求的选择模块,根据I/O请求的最后一个扇区所处的位置划分I/O请求所属的重叠区,设计了I/O请求拆分与合并模块;I/O请求的下发模块将选择出的多个符合条件的I/O请求,连同生成的重叠区受干扰扇区位图数据信息,一并下发到瓦记录磁盘驱动器上执行。仿真和测试结果表明,瓦记录磁盘驱动器I/O调度算法,能够减少约15%到40%的需要补写的扇区数目,减轻了瓦记录磁盘大幅提高磁盘记录密度的同时所带来的写性能急剧下降的损失。
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