文档介绍：华中科技大学
硕士学位论文
盘阵列中基于分组的缓存优化技术研究与实现
姓名:张梦龙
申请学位级别:硕士
专业:计算机系统结构
指导教师:陈俭喜
2011-01-16
华中科技大学硕士学位论文
摘要∗
随着信息科学技术的高速发展,人们对海量信息存储的需求日益增长, CPU 的
处理速度和存储设备 I/O 处理速度之间的差距越来越大,磁盘 I/O 成为影响计算机系
统性能的主要因素。为了弥补两者处理速度的巨大差异,盘阵列系统中加入了 Cache
来缓存并管理数据,以尽可能减少读写磁盘的开销,缩短 I/O 请求的响应时间,从而
提高存储系统的 I/O 性能。如何合理地组织与管理 Cache,发挥其最大效益,使得整
个系统高效快速的运行,一直是存储界研究的热门课题。
提升 Cache 性能关键是要提高 Cache 的命中率,减少页面 I/O 时间。而合理的
Cache 组织和调度策略,是提高查找效率和命中率的关键。设计了使用基树(Radix
Tree)Cache,可实现快速定位,缩短检索时间;并在最近最少使用调度算法基础上,
利用空间局部性,将地址相邻的 Cache 动态分组,改进 Cache 替换策略,利用优化
预取策略、回写策略,提高 Cache 命中率,减少 IO 时间,提升数据读写速度。Cache
分组思想是对于 Cache 的操作都在分组上实现,当有数据访问命中时,根据空间局
部原理,分组内其他 Cache 块与命中 Cache 块地址接近,在将来可能会被访问,所
以将整个分组内的 Cache 全部提到队列前面。这样一方面可以提高 Cache 的命中率,
另外一方面还可以保持 Cache 地址连续性,Cache 回写时以分组为单位,连续写回磁
盘时有效地减少磁头物理寻道与旋转时间,进而减少 IO 时间。同时对于多用户数据
访问造成的数据随机性,通过分组搜索可以有效分离出每个用户访问的顺序性数据。
系统测试结果显示分组 Cache 优化可以有效提高 Cache 命中率和 IO 访问速度。

关键词:缓存优化,空间局部性,分组缓存

∗本文受国家 863 项目(2008AA01A401)和博士点基金项目(20070487083)资助
I
华中科技大学硕士学位论文
Abstract∗
With the rapid development of the information technology, data storage is more and
more emphasized. The speed gap between data processing in CPU and data accessing in
storage system es more and more great,disk I/O has e a major factor of
influncing performance of puter system. In order pensate for such gap in
speed, Cache has been added in RAID(Redundant Array of Independent Disks). Cache
could improve I/O performance of the storage system by reducing overhead of disk access
and decreasing I/O response now,how to anize and manage cache
for maximizing the effectiveness and making the puter system running fast and
efficient,has been a hot research topic in storage industry.
The key to enhance the performance of cache is to improve the hit rate and reduce the
I/O time of the page anization and scheduling strategies for
cache is the key to improve hit rateand search efficiency. Using radix tree cache could
realize rapid positionin