一种基于小数据同步写的回写I/O调度器

来源：软件学报杂志2017年第8期北京时间：

作者：刘星,江松,王洋,范小朋,须成忠

单位：刘星，中国科学院 深圳先进技术研究院, 广东 深圳 518055;中国科学院大学 深圳先进技术学院, 广东 深圳 51805511,江松，中国科学院 深圳先进技术研究院, 广东 深圳 518055;Department of Computer Science and Engineering, The University of Texas at Arlington, Arlington, TX 76010, USA02,王洋，中国科学院 深圳先进技术研究院, 广东 深圳 51805503,范小朋，中国科学院 深圳先进技术研究院, 广东 深圳 51805504,须成忠，中国科学院 深圳先进技术研究院, 广东 深圳 518055;Department of Electrical and Computer Engineering, Wayne State University, Detroit, MI 48202, USA05

摘要：小数据同步写普遍存在于各种计算机环境中，并且可以由计算机系统的不同层次软件产生，从底层操作系统一直到上层应用软件都可以生成小数据同步写请求.然而，操作系统的文件系统是以块作为最小逻辑可寻址单位，小数据写将会导致严重的写放大问题，使得系统的I/O性能大幅度降低.为了解决上述问题，提出了一种I/O调度器，并将其命名为Hitchhike.该调度器可以识别小数据写，并通过对其他数据块中的数据进行压缩，将小数据嵌入到压缩出来的空间中，从而将小数据和该数据块一起写入到磁盘上，以异步回写的方式完成小数据的同步写，不仅有效缓解了磁盘的写放大问题，也极大地提高了小数据同步写的效率.基于Linux 2.6.32的Deadline调度器实现了Hitchhike原型系统，并利用Filebench基准测试来测试调度器在吞吐量、I/O延迟等方面的性能.通过与传统I/O调度器的性能进行比较，可以发现，Hitchhike调度器能够显著地提高小数据同步写的性能高达48.6%.

关键词：同步写;小数据写;I/O调度器;写放大

基金资助：国家重点基础研究计划（973）（2015CB352400）；国家自然科学基金（61572487，61672513，61572377，U1401258，6155 0110250）；广东省自然科学基金（2015B010129011，2016A030313183）；深圳市海外高层次人才创新创业专项（孔雀计划）（KQCX201 40521115045446）；深圳市技术攻关项目（JSGG20150512145714248，JSGG20160229200957727）