【摘 要】
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新型存储硬件和网络硬件的涌现使得存储系统对更高性能的追求成为了可能。对于底层设备而言,NVMe（Non-Volatile Memory Express）SSD（Solid State Drives）能够达到八十万IOPS,RDMA（Remote Direct Memory Access）技术已经能够达到小于两微秒的延迟以及高达两百万每秒的消息速率。现有的分布式块存储系统大多是针对传统硬件设计的,无
【基金项目】
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国家自然科学基金重点项目的资助No.61832020
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新型存储硬件和网络硬件的涌现使得存储系统对更高性能的追求成为了可能。对于底层设备而言,NVMe（Non-Volatile Memory Express）SSD（Solid State Drives）能够达到八十万IOPS,RDMA（Remote Direct Memory Access）技术已经能够达到小于两微秒的延迟以及高达两百万每秒的消息速率。现有的分布式块存储系统大多是针对传统硬件设计的,无法充分发挥新型硬件的性能。I/O路径上冗余的软件栈、上下文切换以及锁竞争开销已经成为了限制分布式块存储系统性能的主要瓶颈。针对上述问题,展开了一系列的测试和研究,提出了面向RDMA和NVMe的分布式块存储系统的I/O路径优化方案,并将其应用于原型系统Flame中。针对存储系统低延迟的应用需求,基于用户态NVMe驱动设计了适用于分布式全闪存块存储系统的用户态本地存储引擎Light Store,降低了多余软件栈的开销,并进一步结合RDMA网络实现了I/O路径零拷贝特性。针对多线程高并发的应用需求,分析并发现了影响多线程性能的因素,提出了基于异步轮询批处理的线程模型来处理网络和存储请求,并设计了基于RDMA的线程感知RPC方案（Thread-Aware RPC,TARPC）,消除了多线程中上下文切换开销和锁竞争开销。利用fio工具对分布式块存储原型系统Flame进行详细的测试,实验结果表明,轻量化的存储栈Light Store相较于优化前将系统的单路延迟降低了约50%,多线程下专用I/O路径设计相较于优化前将系统的RPC消息速率提高了0.93～1倍。整体系统层面,对比当前的开源分布式块存储系统Ceph和Sheepdog,Flame在延迟方面降低了46.5%～63.5%,IOPS方面提高了2.5～6.35倍。
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