第二讲：高速缓存技术.ppt

1.高速缓存技术 缓存技术是改善I/O性能的一项基本技术。本课讨论的磁盘缓存方法不仅适合传统的存储总线，也适合于新发展的存储网络。 只要系统带多个设备，且性能不同，就存在从慢速设备到快速设备不断更换工作地点以改善系统性能的可能性。 缓存的基本思想：将数据从一个地点拷贝到另一个地点，使之检索起来更快。 LRU算法适用的数据范围 ERP和MRP系统 Internet电子商务服务器 事物处理系统 顾客服务和支持系统 其他多用户数据库应用 2.2 写数据到缓存设备或子系统 3 磁盘缓存的位置与优化 主机系统内存 设备或子系统 主机I/O控制器 存储网络中的独立缓存 5 配置缓存 缓存的大小 ：一般而言，对于带有缓存的磁盘子系统，合理的缓存应占总 存储量的0.1%。 多级缓存：为了使某些类型的数据和应用达到更好的工作状态，可以同时使用多级缓存。例如，同时使用LRU和预先读两种缓存。 一般而言，多级缓存应串接在I/O路径上，并行连接方式所产生连贯性问题，仍然是今天存储领域所面临的难题。 应将I/O路径上负担最小的缓存组件放在靠近CPU的位置，如LRU缓存。I/O路径上负担最重的缓存组件应放在离存储子系统的地方。 8 I/O路径与系统性能 平衡CPU与I/O的性能 8.1 分析CPU和I/O性能提高的影响 例，一进程原来的运行时间为10秒钟，其中5秒钟为CPU花费的时间，5秒钟为I/O操作花费的时间。现安装新CPU，其速度是原来的4倍，系统CPU升级后，新CPU花费时间为原来的1/4，即1.25秒。 新进程时间 = 改善的CPU性能 + I/O性能 = 1.25 + 5 = 6.25 原进程时间 / 新进程时间 = 10 / 6.25 = 1.6倍 假如，再用磁盘缓存技术使I/O性能提高一倍，即2.5秒 则,系统总性能的改善为: 原进程时间 / 新进程时间 = 10 / 3.75 = 2.7倍 通过例子可以看出提高I/O性能对系统的整体性能影响很大. 磁盘缓存的结构分类与工作原理 主机软件控制 存储子系统 主机I/O控制器 对缓存的几种基本读写算法与特点 LRU缓存算法 预先读缓存算法 透写缓存算法 回写缓存算法 多级缓存结构与算法的综合 网上市场调研 销售存储产品的公司有哪些（按市场规模国内外各选三家）； 存储产品的主要分类和所占比例； 存储产品的应用发展趋势； 存储产品的技术发展趋势。 （自由组合，每4人一组，交一份报告） 图2.18 标记命令排队的实现 主机I/O控制器 设备/子系统命令队列 目标设备/子系统 7 标记命令排队 图 2.19 使用标记命令排队的排序命令序列 接收的请求队列 I/O序列号 块序列 排序 10 - 8 9 - 2 8 - 3 7 - 6 6 - 2 5 - 1 4 - 7 3 - 4 2 - 8 1 - 1 重排的请求（在排序后） I/O序列号 块序列 10-8 2-8 4-7 7-6 3-4 8-3 9-2 6-2 5-1 1-1 为了最优设备性能而重新排序I/O请求 8.3 从CPU最大值推测主机I/O总线性能 根据1983年以来的PC发展历史，可以推测系统I/O总线性能的最大值约为CPU吞吐量的5%。 随着千兆的64位处理器的出现，可期望系统I/O总线的速度能达到400M/s，但常用的64位PCI总线只有256M/s的速度。 1999年10月30日新发布的InfiniBand规范的双向I/O传输速度达到500M/s。 8.4 配置系统使I/O性能最优 8.2 I/O性能与CPU速度的关联 表 CPU最大的吞吐量 时钟速度（MHz） 数据宽度 理论吞吐量 8MHz 8位