面向复杂实时应用的混合存储系统数据分布模型研究

Hybrid storage system that bases on Phase Change Memory (PCM), Solid State Disk (SSD) and disk is the future trend of storage system, and it is the most challenge to design the model of data layout for hybrid storage system. In this proposal, we try to carry out the research on how to build the data layout model of hybrid storage system that meet the demands of complex real-time applications. The model is consisted of the global view of data layout, data layout strategy, data movement strategy and data consistency mechanism. The reseach in this project is based on the natural characteristics of PCM, SSD and disk, and intends to study how to build a hybrid storage system that can provide storage services to complex real-time applications and meet the demands of time constraints and predictability. The research results in this project will provide a primeval theoretical supporting and technical exploring for the design of hybrid storage system based on complex real-time applications.

基于相变存储器、固态盘和磁盘的混合存储系统是未来存储系统的发展趋势，其中最核心的一点是基于混合存储系统的数据分布模型。本项目拟研究满足复杂实时应用需求的，基于相变存储器、固态盘和磁盘的混合存储系统的数据分布模型。该模型包括数据分布全局视图、数据分布策略、数据移动策略和数据一致性确保机制，旨在利用不同存储设备的特点，使混合存储系统提供的存储服务能够满足复杂实时应用的时间约束性条件和可预测性条件要求。本项目的研究可为面向复杂实时应用的混合存储系统的设计提供前期理论研究支持和部分实现技术探索。

项目的背景. 混合存储系统是目前计算机体系结构和计算机存储系统领域重要的研究方向。存储系统的发展经历了从混合存储系统到单一磁盘存储系统再回到混合存储系统的螺旋上升过程。最早期的存储系统，存在多种存储设备，包括光盘、磁带、磁盘；随着垂直磁记录技术的出现，磁盘的容量快速提高，价格逐渐降低，磁盘完全替代了光盘和磁带，存储系统中的存储设备变成单一的磁盘；而当前，随着固态存储器件的出现，例如基于闪存的固态盘（以下简称固态盘）、相变存储器等，存储系统回到了多种存储设备共存的局面。这种混合存储系统能够利用传统磁盘大容量，低成本的特性，提供海量数据存储服务，同时能够利用相变存储器和闪存存储器的高速读写特性，提供高性能数据存储服务，并且它还具有高可靠的特点。..主要研究内容. 以舰载信息系统为应用背景，针对舰载信息系统的特点，建立满足舰载复杂实时应用需求的混合存储系统数据分布模型，针对差异化的实时应用数据访问需求，设计混合存储系统的数据分布方法，在本项目中，按照“有限范围”的原则，重点针对混合存储系统中的固态盘的数据分布模型开展研究。..重要结果. 经过三年的项目周期，针对固态盘中两种数据存储介质，即内存和flash，分别提出了固态盘中内存中的数据分布模型，以及flash中的数据分布模型。研究成果分别发表在NAS2015和NAS2016，其中介绍固态盘中内存中的数据分布模型的文章“PASS: A Proactive and Adaptive SSD Buffer Scheme for Data-Intensive Workloads”获得最佳论文奖。