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內(nèi)容簡(jiǎn)介

　　《持久性內(nèi)存存儲(chǔ)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究》由清華大學(xué)博士后陳游旻撰寫，內(nèi)容榮獲2021年度CCF優(yōu)秀博士學(xué)位論文獎(jiǎng)。全書重新思考了基于持久性內(nèi)存的存儲(chǔ)系統(tǒng)架構(gòu)方式，并在操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、存儲(chǔ)軟件等不同層次展開了研究。針對(duì)不同的問(wèn)題，作者均提出了對(duì)應(yīng)的解決方法或解決方案?！冻志眯詢?nèi)存存儲(chǔ)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究》共七章：第1章引言，主要介紹了研究背景與意義，概述了持久性內(nèi)存存儲(chǔ)系統(tǒng)，并簡(jiǎn)要敘述了全書的研究?jī)?nèi)容、主要貢獻(xiàn)及組織結(jié)構(gòu)。第2章相關(guān)工作，主要介紹了基于持久性內(nèi)存的單機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)，基于RDMA的分布式系統(tǒng)，以及分布式持久性內(nèi)存存儲(chǔ)系統(tǒng)。第3章 Kuco：用戶態(tài)與內(nèi)核態(tài)協(xié)同的文件系統(tǒng)架構(gòu)，首先概述了研究?jī)?nèi)容與研究動(dòng)機(jī)，然后介紹了Kuco的總體設(shè)計(jì)，接著介紹了KucoFS的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，隨后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和性能評(píng)估。第4章 ScaleRPC：面向連接分組的分布式內(nèi)存通信機(jī)制，首先概述了研究?jī)?nèi)容和研究動(dòng)機(jī)，然后介紹了ScaleRPC架構(gòu)設(shè)計(jì)，接著進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和性能評(píng)估，然后介紹了ScaleRPC在真實(shí)場(chǎng)景下的應(yīng)用。第5章 Plor：融合悲觀鎖與樂(lè)觀讀的并發(fā)控制協(xié)議，首先概述了研究?jī)?nèi)容、研究背景和研究動(dòng)機(jī)，然后介紹了Plor的基本內(nèi)容，接著介紹了Plor的總體架構(gòu)和Chronus的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，隨后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和性能評(píng)估。第6章 FlatStore：基于日志結(jié)構(gòu)的鍵值存儲(chǔ)引擎，首先概述了研究?jī)?nèi)容、研究背景和研究動(dòng)機(jī)，然后介紹了FlatStore架構(gòu)設(shè)計(jì)，接著介紹了FlatStore實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，隨后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和性能評(píng)估。第7章總結(jié)與展望，對(duì)分布式持久性內(nèi)存存儲(chǔ)系統(tǒng)的構(gòu)建及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了總述，并總結(jié)了全書的主要研究工作，隨后對(duì)未來(lái)的研究進(jìn)行了展望。

作者簡(jiǎn)介

　　陳游旻，清華大學(xué)博士后，于2016年在北京航空航天大學(xué)沈元榮譽(yù)學(xué)院獲得工學(xué)學(xué)士學(xué)位，并于2021年在清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系獲得工學(xué)博士學(xué)位。主要研究方向包括基于新型硬件的高性能存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)中心處理器調(diào)度及尾延遲優(yōu)化、新型持久性內(nèi)存硬件安全等。在FAST、ASPLOS、USENIX ATC、EuroSys、SIGMOD、VLDB等國(guó)際會(huì)議及ACM TOS、IEEE TC等權(quán)威期刊上發(fā)表論文10余篇，申請(qǐng)專利10余項(xiàng)。曾獲得CCF科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)、華為首屆奧林帕斯獎(jiǎng)及百萬(wàn)懸紅、2019~2020年國(guó)家獎(jiǎng)學(xué)金、2020年度阿里云優(yōu)秀論文產(chǎn)業(yè)獎(jiǎng)等；博士學(xué)位論文曾獲得2021年度CCF優(yōu)秀博士學(xué)位論文獎(jiǎng)、ACM ChinaSys優(yōu)秀博士學(xué)位論文獎(jiǎng)、清華大學(xué)優(yōu)秀博士學(xué)位論文獎(jiǎng)等；博士后期間得到了中國(guó)博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃（博新計(jì)劃）、清華大學(xué)“水木學(xué)者”計(jì)劃等的資助。

圖書目錄

第1章引言
1.1 研究背景與意義 1
1.2 持久性內(nèi)存存儲(chǔ)系統(tǒng)概述 5
1.2.1 持久性內(nèi)存與RDMA技術(shù) 5
1.2.2 持久性內(nèi)存存儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì) 8
1.2.3 關(guān)鍵問(wèn)題與挑戰(zhàn) 10
1.3 研究?jī)?nèi)容與主要貢獻(xiàn) 13
1.3.1 研究?jī)?nèi)容 13
1.3.2 主要貢獻(xiàn) 16
1.4 本書組織結(jié)構(gòu) 19
第2章相關(guān)工作
2.1 基于持久性內(nèi)存的單機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng) 20
2.1.1 精簡(jiǎn)化的存儲(chǔ)軟件棧設(shè)計(jì) 21
2.1.2 持久性內(nèi)存編程模型 25
2.1.3 小結(jié) 27
2.2 基于RDMA的分布式系統(tǒng) 28
2.2.1 基于RDMA的鍵值存儲(chǔ)系統(tǒng) 29
2.2.2 基于RDMA的事務(wù)系統(tǒng) 31
2.2.3 小結(jié) 32
2.3 分布式持久性內(nèi)存存儲(chǔ)系統(tǒng) 33
2.3.1 訪問(wèn)模式抽象 33
2.3.2 I/O路徑優(yōu)化 35
2.3.3 小結(jié) 36
第3章 Kuco：用戶態(tài)與內(nèi)核態(tài)協(xié)同的文件系統(tǒng)架構(gòu)
3.1 概述 37
3.2 研究動(dòng)機(jī) 41
3.3 Kuco總體設(shè)計(jì) 46
3.3.1 總體架構(gòu)概述 46
3.3.2 協(xié)同索引 48
3.3.3 兩級(jí)鎖 52
3.3.4 三階段寫協(xié)議 54
3.3.5 版本讀協(xié)議 55
3.4 KucoFS實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié) 58
3.4.1 數(shù)據(jù)布局 58
3.4.2 崩潰一致性及恢復(fù) 59
3.4.3 寫保護(hù) 62
3.4.4 讀保護(hù) 63
3.4.5 內(nèi)存映射I/O
3.5 實(shí)驗(yàn)和性能評(píng)估
3.5.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)置 65
3.5.2 優(yōu)化技術(shù)效果分析 65
3.5.3 Filebench基準(zhǔn)測(cè)試 74
3.5.4 Redis真實(shí)應(yīng)用 76
3.6 本章小結(jié) 77
第4章 ScaleRPC：面向連接分組的分布式內(nèi)存通信機(jī)制
4.1 概述 79
4.2 研究動(dòng)機(jī) 82
4.2.1 RDMA擴(kuò)展性問(wèn)題 82
4.2.2 成因分析 83
4.2.3 現(xiàn)有的RDMA擴(kuò)展性解決方案 86
4.3 ScaleRPC架構(gòu)設(shè)計(jì) 88
4.3.1 總體描述 88
4.3.2 連接分組 89
4.3.3 虛擬映射 91
4.3.4 ScaleRPC部署的幾點(diǎn)考慮 94
4.4 實(shí)驗(yàn)和性能評(píng)估 95
4.4.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)置 95
4.4.2 總體性能評(píng)估 97
4.4.3 內(nèi)部?jī)?yōu)化機(jī)制分析 101
敏感性分析 103
4.5 ScaleRPC在真實(shí)場(chǎng)景下的應(yīng)用 105
4.5.1 基于ScaleRPC的分布式文件系統(tǒng) 105
4.5.2 基于ScaleRPC的分布式事務(wù)系統(tǒng) 107
4.6 本章小結(jié) 113
第5章 Plor：融合悲觀鎖與樂(lè)觀讀的并發(fā)控制協(xié)議
5.1 概述 114
5.2 背景介紹和研究動(dòng)機(jī) 118
5.2.1 兩階段鎖 118
5.2.2 樂(lè)觀并發(fā)控制 119
5.2.3 研究動(dòng)機(jī) 120
5.3 Plor概述 125
5.4 總體架構(gòu) 127
5.4.1 Plor并發(fā)控制協(xié)議 127
5.4.2 原子鎖 134
5.4.3 隨機(jī)指數(shù)退避策略 136
5.5 Chronus實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié) 137
5.6 實(shí)驗(yàn)和性能評(píng)估 139
5.6.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)置 140
5.6.2 高沖突負(fù)載 142
5.6.3 低沖突負(fù)載 147
敏感性分析 148
5.7 本章小結(jié) 155
第6章 FlatStore：基于日志結(jié)構(gòu)的鍵值存儲(chǔ)引擎
6.1 概述 156
6.2 背景介紹和研究動(dòng)機(jī) 160
6.2.1 部分工業(yè)級(jí)負(fù)載的典型特征 161
6.2.2 粒度不匹配問(wèn)題分析 161
6.2.3 傲騰持久性內(nèi)存硬件特性分析 163
6.2.4 問(wèn)題與挑戰(zhàn)
6.3 FlatStore架構(gòu)設(shè)計(jì) 165
6.3.1 總體描述 166
6.3.2 壓縮日志格式及分配器 167
6.3.3 水平批量持久化技術(shù) 173
6.3.4 日志清理 177
6.3.5 系統(tǒng)恢復(fù) 178
6.4 FlatStore實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié) 180
6.4.1 基于哈希索引的FlatStore-H 180
6.4.2 基于樹狀索引的FlatStore-M 181
6.5 實(shí)驗(yàn)和性能評(píng)估 181
6.5.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)置 181
6.5.2 YCSB微觀基準(zhǔn)測(cè)試 183
6.5.3 FacebookETC負(fù)載測(cè)試 187
6.5.4 多核擴(kuò)展性測(cè)試 188
6.5.5 內(nèi)部?jī)?yōu)化機(jī)制分析 189
6.5.6 日志清理性能分析 193
6.6 本章小結(jié) 194
第7章總結(jié)與展望
7.1 分布式持久性內(nèi)存存儲(chǔ)系統(tǒng)的構(gòu)建及關(guān)鍵技術(shù) 195
7.1.1 TH-DPMS總體架構(gòu) 196
7.1.2 TH-DPMS系統(tǒng)測(cè)試及關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證 201
7.2 主要研究工作總結(jié) 207
7.3 未來(lái)研究展望 210