[MSST'14] CBM

CBM: A Cooperative Buffer Management for SSD

作者： Qingsong Wei, Cheng Chen, Jun Yang Data Storage Institute, A-STAR Singapore

论文概要

Abstract

随机写(Random Write)极大地限制了SSD的应用。虽然提出了几种buffer管理算法来减少随机写入，但他们处理顺序、随机混和的访问负载的能力有限。 本文提出了一种协同的buffer管理方案，协调write buffer和read cache，以充分利用I/O密集型工作负载的时间、空间局部性。为了提高缓冲区的命中率和destage sequentiality，CBM将写buffer分为Page Region和Block Region。page region处理随机写，Block Region处理顺序写（以block的粒度）。CBM利用基于阈值的迁移将随机写入与顺序写入动态分类。当一个块被逐出写缓冲区时，写缓冲区中的脏页和属于被逐出块的读缓存中的干净页被合并，以最大化形成全bull block write的可能性。

核心思想

图1 Overview

几个关键技术点：

1. 读写cache协同，以充分利用时间局部性和空间局部性；

2. 混合的写buffer，通过page-level和block-level的管理，来共同管理buffer，以提升命中率和destage sequentiality;

3. 动态调整migration的阈值、顺序/随机写的分类标准；

从cache中flush数据到SSD中时，应当尽量避免flush单独的页。而是尽量将属于同一个block的都flush下来。

read buffer采取DRAM，并搭配传统的缓存算法，比如LRU； write buffer分为page区域和block区域，并设置了阈值来判断page区域的数据是否应该转换为block区域的数据。这个阈值是动态变化的，变化的依据是保证block buffer的区域占到整个write buffer的10%以下。（如果超过了，就增大阈值；不足就调小阈值）。

写buffer的数据用一个B+数来维护，每个结点代表一个逻辑块，包含统计信息，并给出了具体每个逻辑页的位置。

设计

我的思考

可以学到的

1. 对于I/O密集型负载来说，随机小请求是很多的；

2. 随机写+混合写的性能，甚至会低于纯随机写的性能。