计算机研究与发展

作者：廖晓坚,杨者,杨洪章,屠要峰,舒继武,

关键词：存储系统, 非易失性存储I/O栈, 固态硬盘, 轮询, 中断,

近些年来，固态存储的硬件处理速率得到了极大改善.一块超低延迟的固态存储盘能在10μs内处理4KB大小的数据.加速I/O收割过程以构建低延迟的存储引擎是存储系统研究中的一个重要研究课题.传统存储系统通过硬件中断机制收割I/O，却引入了额外的上下文切换开销，延长了整体I/O处理时间.现有工作使用轮询机制以消除上下文切换，却要付出高昂的CPU开销.提出了一种低CPU开销的低延迟存储引擎NIO(nimbleI/O)，以充分发挥高性能固态存储盘的低延迟优势.NIO的核心思想是将大小I/O处理路径分离；大I/O使用硬件中断机制；小I/O引入惰性轮询机制，先睡眠一个变长时间间隔再持续轮询.NIO进一步提出了事务感知的I/O收割机制以降低事务的延迟，以及动态调整机制以应对上层应用负载以及设备内部活动的动态变化.实验显示在动态负载下，NIO与基于轮询的存储引擎性能相当，并能减少至少59%的CPU占用率.

来源：2022年第3期

《计算机研究与发展》期刊编辑部

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