【摘 要】
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互联网中的数据规模越来越大,人们对数据中心的存储系统的性能也提出了更多的要求,尤其在数据存储和网络传输方面。NVM和RDMA为数据中心存储系统的设计带来新的机遇。由于现代处理器内部缓存的设计和RDMA没有对持久化写入NVM的保证,在使用持久化内存时,仍然存在数据一致性的问题。这为基于RDMA和NVM的一致性机制的设计带来了挑战。本文在调研测试了RDMA持久化写入NVM的方式后,总结出在不同场景下使
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互联网中的数据规模越来越大,人们对数据中心的存储系统的性能也提出了更多的要求,尤其在数据存储和网络传输方面。NVM和RDMA为数据中心存储系统的设计带来新的机遇。由于现代处理器内部缓存的设计和RDMA没有对持久化写入NVM的保证,在使用持久化内存时,仍然存在数据一致性的问题。这为基于RDMA和NVM的一致性机制的设计带来了挑战。本文在调研测试了RDMA持久化写入NVM的方式后,总结出在不同场景下使用的持久化写入方式。并结合发现的这些特点,设计出一种高效且能保证文件系统一致性的数据一致性更新机制。本文的主要工作如下:（1）调研了RDMA持久化写入NVM的方式,分别为RPC和RDMA写后读。实验分析后发现,在小粒度写的情况下,RDMA单边原语的优势不再明显,RPC的延迟相比RDMA写后读的延迟更低。在大粒度的情况下,RDMA单边原语的优势依然存在。所以在小粒度写,追求低延迟的场景下,应选择RPC的方式。（2）对RDMA写入的顺序性进行分析,发现使用send/recv后,再发送write操作,RDMA本身可以保证两个操作间的顺序性。RPC就是以send/recv实现的,所以RPC与RDMA写后读之间可以保证操作的顺序性。在原子性操作方面,RPC相比于RDMA的原子性写操作有更好的性能。所以在一致性机制的设计中,应使用RPC或RDMA写后读的方式进行写入以保证操作顺序性,应使用RPC作为原子性修改操作的方式。（3）设计出一种数据一致性更新机制,在原型文件系统中添加一个日志管理模块负责处理日志的持久化提交,在存储结构中添加一个日志缓冲区中以记录日志,一个备份缓冲区用以存放写入的数据。将数据与日志记录分开,可以轻量化日志,从而可以使用RPC的方式记录日志,使用RPC和RDMA写后读的方式写入数据。（4）设计了日志的两阶段更新策略和环形计数器。日志的两阶段更新策略分为数据更新和元数据更新。在数据更新方面,根据写入大小选择RPC或RDMA写后读的写入方式,根据写入大小选择重做日志和写时拷贝的一致性机制;在元数据方面选择重做日志,并采取元数据的异步持久化以提高性能。在日志缓冲区中,根据NVM的特性,设计了高效的环形日志缓冲区和环形计数器。在修改计数器时,使用RPC的方式,利用服务器端对计数器进行原子更新。经过测试,本文设计的一致性更新机制可以在保证元数据与数据一致性的同时,实现高效的数据更新性能。
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