AOS: Adaptive Out-of-order Scheduling for Write-caused Interfere...

本文的主题是关于固态硬盘（SSD）的写入干扰问题及相应的解决策略，特别是在读写性能不对称的情况下如何通过一种名为AOS（Adaptive Out-of-order Scheduling）的自适应调度机制来减少写入干扰，同时不牺牲写入性能以优化读取性能。接下来将详细阐述该研究涉及的关键知识点。 固态硬盘（SSDs）是一种非易失性存储介质，具有相比于传统硬盘驱动器（HDDs）更高的数据吞吐量、更低的延迟和更低的能量消耗等特点。SSDs基于闪存（flash memory）技术，广泛部署于数据中心等领域。然而，SSDs存在两个关键性的局限性：读/写性能不对称以及写前擦除的特性。 读/写性能不对称是指SSDs在读写并发工作负载中，先前的写请求抢占了可用的闪存资源，从而阻塞了读请求，这就是所谓的写入干扰。因此，通常比写入性能更重要的读取性能可能会受到显著的影响。不幸的是，现有的调度器在提高读取性能方面效率不高，或者抑制了写入性能。 在上述背景下，本文提出了一个名为AOS的设备级新型调度器，旨在缓解写入干扰，最大化读取性能，同时不牺牲写入性能。AOS设计了一个冲突检测模块（conflictdetectionmodule），可以高效地识别请求间的访问冲突。然后，AOS基于检测到的冲突，尽可能地将未完成的请求调度到重新排序集中，以减少写入干扰并提高闪存级别的并行性（FLP，flash-levelparallelism）。最终，AOS会仔细地重新排序以减少通道级别的访问冲突，并提高系统级别的并行性（SLP，system-level parallelism）。 通过广泛的实验结果表明，与先进先出（FIFO）调度策略相比，AOS能够平均降低51%的读取延迟和45%的写入延迟。AOS调度器被证明在数据中心的数据处理应用中非常有效，不仅提升了性能，而且能够很好地平衡读写性能之间的关系。 在引言部分提到，由于SSDs的高吞吐量、低延迟和低能耗特点，在数据中心中SSDs已经得到了广泛的应用。SSD的两个关键局限性：读/写性能的不对称性，以及写前擦除的特性。读/写性能不对称性是指在混合了读取和写入请求的并发工作负载中，之前的写入请求抢占了可用的闪存资源，阻碍了读取请求的执行，这种现象被称为写入干扰。通常情况下，读取性能比写入性能更为重要，而写入干扰会显著降低读取性能。 现有的调度器在提高读取性能方面效率不高，或者在改善读取性能的同时抑制了写入性能。因此，本文针对这些限制，提出了AOS调度器，它能够有效地减少写入干扰，同时不牺牲写入性能来最大化读取性能。AOS调度器通过冲突检测模块，高效识别请求间的访问冲突，并基于这些冲突，将尽可能多的未完成请求调度到重新排序集中，以减少写入干扰，并提升闪存级别的并行性（FLP）。此外，AOS还在系统层面上通过重新排序以降低通道级别的访问冲突，并提升系统级别的并行性（SLP）。 AOS的设计采用了新颖的调度方法，通过识别和解决请求冲突，优化了对闪存资源的利用效率。AOS的研究结果和实现证明了它在数据中心应用场景中可以有效提高SSD的读写性能，尤其是读取性能的显著提升，这在处理高性能计算和大数据存储任务时尤为重要。 该研究论文的发表，无疑对固态硬盘的读写性能优化领域做出了重要的贡献，特别是在减少写入干扰以及提升读取性能方面提出了创新性的解决方案。未来在数据中心存储系统优化方面，AOS调度器的应用有着广泛的前景。