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內(nèi)容簡介

　　《持久性內(nèi)存存儲系統(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。全書重新思考了基于持久性內(nèi)存的存儲系統(tǒng)架構(gòu)方式，并在操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、存儲軟件等不同層次展開了研究。針對不同的問題，作者均提出了對應(yīng)的解決方法或解決方案?！冻志眯詢?nèi)存存儲系統(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)存存儲系統(tǒng)，并簡要敘述了全書的研究內(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)，首先概述了研究內(nèi)容與研究動機(jī)，然后介紹了Kuco的總體設(shè)計，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，首先概述了研究內(nèi)容和研究動機(jī)，然后介紹了ScaleRPC架構(gòu)設(shè)計，接著進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和性能評估，然后介紹了ScaleRPC在真實(shí)場景下的應(yīng)用。第5章 Plor：融合悲觀鎖與樂觀讀的并發(fā)控制協(xié)議，首先概述了研究內(nèi)容、研究背景和研究動機(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)和性能評估。第6章 FlatStore：基于日志結(jié)構(gòu)的鍵值存儲引擎，首先概述了研究內(nèi)容、研究背景和研究動機(jī)，然后介紹了FlatStore架構(gòu)設(shè)計，接著介紹了FlatStore實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，隨后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和性能評估。第7章總結(jié)與展望，對分布式持久性內(nèi)存存儲系統(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，隨后對未來的研究進(jìn)行了展望。

作者簡介

　　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系統(tǒng)設(shè)計、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等國際會議及ACM TOS、IEEE TC等權(quán)威期刊上發(fā)表論文10余篇，申請專利10余項(xiàng)。曾獲得CCF科學(xué)技術(shù)獎技術(shù)發(fā)明一等獎、華為首屆奧林帕斯獎及百萬懸紅、2019~2020年國家獎學(xué)金、2020年度阿里云優(yōu)秀論文產(chǎn)業(yè)獎等；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、ACM ChinaSys優(yōu)秀博士學(xué)位論文獎、清華大學(xué)優(yōu)秀博士學(xué)位論文獎等；博士后期間得到了中國博士后創(chuàng)新人才支持計劃（博新計劃）、清華大學(xué)“水木學(xué)者”計劃等的資助。

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)存存儲系統(tǒng)發(fā)展趨勢 8
1.2.3 關(guān)鍵問題與挑戰(zhàn) 10
1.3 研究內(nèi)容與主要貢獻(xiàn) 13
1.3.1 研究內(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)存儲系統(tǒng) 20
2.1.1 精簡化的存儲軟件棧設(shè)計 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)存存儲系統(tǒng) 33
2.3.1 訪問模式抽象 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 研究動機(jī) 41
3.3 Kuco總體設(shè)計 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 研究動機(jī) 82
4.2.1 RDMA擴(kuò)展性問題 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 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)和性能評估 95
4.4.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)置 95
4.4.2 總體性能評估 97
4.4.3 內(nèi)部優(yōu)化機(jī)制分析 101
敏感性分析 103
4.5 ScaleRPC在真實(shí)場景下的應(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 背景介紹和研究動機(jī) 118
5.2.1 兩階段鎖 118
5.2.2 樂觀并發(fā)控制 119
5.2.3 研究動機(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)的鍵值存儲引擎
6.1 概述 156
6.2 背景介紹和研究動機(jī) 160
6.2.1 部分工業(yè)級負(fù)載的典型特征 161
6.2.2 粒度不匹配問題分析 161
6.2.3 傲騰持久性內(nèi)存硬件特性分析 163
6.2.4 問題與挑戰(zhàn)
6.3 FlatStore架構(gòu)設(shè)計 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)測試 183
6.5.3 FacebookETC負(fù)載測試 187
6.5.4 多核擴(kuò)展性測試 188
6.5.5 內(nèi)部優(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 未來研究展望 210