面向闪存特性的文件系统数据组织优化技术

Flash-based storage devices are getting widely adopted in real systems. Characteristics of flash operations are quite different from disk operations, e.g., flash memory needs erase operations and has high random read performance. However, most of existing file systems are designed for hard disk drives, and these file systems fail to fully exploit the advantages of flash memory. To address this problem, this project works on the optimization techniques for data organization of flash file systems. Specifically, we focuses on two aspects: 1) Complementary data organization between main memory and flash storage, which leverages the characteristics of different memory/storage media to make the data structure in each layer to be helpful to the other; and 2) internal-parallelism aware data distribution in file system level, which balances the constraints of data parallelism, data grouping on hotness and address continuity. These techniques will be evaluated on real flash storage platform. This project will provide theoretical and experimental basis for building flash file systems.

闪存存储设备正越来越广泛地被应用实际系统。闪存的数据操作与传统磁盘的操作存在较大差异，如闪存具有擦除操作、随机读取性能高等特点。而传统文件系统多针对磁盘设计，不能充分发挥闪存优势。针对该问题，本项目研究面向闪存特性的文件系统数据组织优化技术，具体包括：1）内存与外存多层次互补式数据组织方式，结合不同层次的存储介质特性，设计两个层次上特性相互补充的数据格式；2）并发感知的文件系统级数据分布技术，均衡考虑数据并发、数据冷热及地址连续性等多种制约因素。本项目将基于真实的闪存存储平台验证所研究内容，为闪存文件系统的设计提供数据组织方面的理论与实验基础。

闪存固态盘在从嵌入式存储到大型数据中心的不同场景下均有日益广泛的应用。如何针对闪存的特性优化文件系统的数据组织方式对于发挥闪存效率至关重要。为此，本项目研究面向闪存特性的文件系统数据组织优化技术，主要研究成果如下：.（1）内存与闪存的多层次互补式组织方式，提出了持久性内存的高效一致性协议，并基于内存与闪存混合数据组织设计了文件系统，有效提升了闪存性能的性能和寿命，部分技术已在中兴通讯进行转化应用；.（2）内部并发感知的文件系统数据分布技术，分别从老化后的文件系统的长期并发性和内部并发感知的软件并发性两个方面研究并发的文件系统数据组织，相比现有文件系统具有更高和更平稳的性能。. 本项目研究成果已发表或录用论文5篇，其中包括国际顶级期刊会议（CCF A类：ACM TOS、 USENIX ATC）论文2篇；申请国家发明专利2项，完成了本项目的预期目标。通过本项目的研究，对于闪存文件系统在与内存的协同组织方式、并发感知的设计两个方面取得了较好的效果，为下一代非易失存储系统的构建提供了先期验证和技术支持。