發(fā)布時(shí)間：2021-01-12 05:45

　　近來(lái)出現(xiàn)諸多以非易失性存儲(chǔ)器（non-volatilememory,簡(jiǎn)稱NVM）作為存儲(chǔ)設(shè)備的新型持久化內(nèi)存文件系統(tǒng),充分發(fā)掘NVM的低延遲和可按字節(jié)尋址等優(yōu)點(diǎn),優(yōu)化文件訪問(wèn)的I/O棧和一致性機(jī)制,極大提升文件系統(tǒng)的性能.然而,現(xiàn)有持久化內(nèi)存文件系統(tǒng)都沒(méi)有考慮NVM寫耐受度低的缺陷,極易導(dǎo)致NVM被磨損穿（wear out）.針對(duì)NVM寫耐受度低的缺點(diǎn),探索多種利用基本文件操作對(duì)NVM造成磨損攻擊的方式,并在真實(shí)持久化內(nèi)存文件系統(tǒng)PMFS中以實(shí)驗(yàn)證明磨損攻擊的嚴(yán)重性.為有效防御針對(duì)NVM的磨損攻擊,提出了持久化內(nèi)存文件系統(tǒng)磨損防御機(jī)制（persistent in-memory file system wear defense technique,簡(jiǎn)稱PFWD）,包括索引節(jié)點(diǎn)元數(shù)據(jù)虛擬化技術(shù)、超級(jí)塊遷移技術(shù)、文件數(shù)據(jù)頁(yè)磨損均衡技術(shù)和文件索引結(jié)構(gòu)遷移技術(shù),保護(hù)文件系統(tǒng)中所有可能被磨損攻擊利用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明所提出的PFWD技術(shù)能有效地防御病毒發(fā)動(dòng)對(duì)NVM的磨損攻擊,提高了存儲(chǔ)系統(tǒng)的穩(wěn)定性. 

【文章來(lái)源】：軟件學(xué)報(bào). 2020,31(06)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：21 頁(yè)

【部分圖文】：

6 順序讀

5 隨機(jī)寫

在持久化內(nèi)存文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)PFWD,NVM的物理空間布局如圖1所示:(1)超級(jí)塊指針,指向超級(jí)塊的存儲(chǔ)區(qū).超級(jí)塊的存儲(chǔ)區(qū)可動(dòng)態(tài)調(diào)整,當(dāng)超級(jí)塊存儲(chǔ)區(qū)的磨損嚴(yán)重時(shí),超級(jí)塊可遷移到磨損較低的物理區(qū)間;(2)物理頁(yè)寫次數(shù)表,記錄NVM每個(gè)物理頁(yè)的寫次數(shù),每次更新物理頁(yè)的數(shù)據(jù),都要在物理頁(yè)寫次數(shù)表增加相應(yīng)的寫次數(shù),因?yàn)镻FWD機(jī)制能保證NVM物理空間的磨損均衡,所以物理頁(yè)寫次數(shù)表的存儲(chǔ)區(qū)間也是磨損均衡的;(3)索引節(jié)點(diǎn)映射表,記錄虛擬索引節(jié)點(diǎn)的寫次數(shù)和偏移量,實(shí)現(xiàn)索引節(jié)點(diǎn)的遷移;(4)超級(jí)塊、索引節(jié)點(diǎn)、文件索引結(jié)構(gòu)、文件數(shù)據(jù)、日志,分散在NVM整個(gè)物理空間,通過(guò)超級(jí)塊遷移技術(shù)、索引節(jié)點(diǎn)元數(shù)據(jù)虛擬化技術(shù)、文件索引結(jié)構(gòu)遷移技術(shù)、文件數(shù)據(jù)頁(yè)磨損均衡技術(shù)實(shí)現(xiàn)以上5種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)區(qū)的磨損均衡.持久化內(nèi)存文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)PFWD,物理頁(yè)寫次數(shù)表和索引節(jié)點(diǎn)映射表的空間開銷極小.例如,NVM的存儲(chǔ)空間大小為10GB,物理頁(yè)大小為4KB,每8字節(jié)記錄一個(gè)物理頁(yè)的寫次數(shù),則物理頁(yè)寫次數(shù)表占用的存儲(chǔ)空間是,僅占總存儲(chǔ)空間的0.2%.通常,所有文件索引節(jié)點(diǎn)總的存儲(chǔ)空間大小設(shè)計(jì)為持久化內(nèi)存文件系統(tǒng)存儲(chǔ)空間的1%,索引節(jié)點(diǎn)的大小為128KB[9-11],4KB大小的物理頁(yè)能存儲(chǔ)32個(gè)索引節(jié)點(diǎn).索引節(jié)點(diǎn)映射表中每個(gè)索引節(jié)點(diǎn)的寫次數(shù)和偏移量共占8字節(jié),即分別用4字節(jié)記錄寫次數(shù)和偏移量,則索引節(jié)點(diǎn)映射表所占存儲(chǔ)空間的大小是,僅占總存儲(chǔ)空間的0.06%.所以,物理頁(yè)寫次數(shù)表和索引節(jié)點(diǎn)映射表的存儲(chǔ)空間開銷可以忽略不計(jì).此外,為提高檢索效率,物理頁(yè)寫次數(shù)表和索引節(jié)點(diǎn)映射表都使用數(shù)組結(jié)構(gòu),并且兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)采用修改DRAM副本的方式更新其寫次數(shù),只有在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)回寫NVM,以減少兩個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)物理存儲(chǔ)區(qū)的寫次數(shù).因此,物理頁(yè)寫次數(shù)表和索引節(jié)點(diǎn)映射表所在存儲(chǔ)區(qū)的磨損極低.

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]新型非易失存儲(chǔ)環(huán)境下事務(wù)型數(shù)據(jù)管理技術(shù)研究[J]. 潘巍,李戰(zhàn)懷,杜洪濤,周陳超,蘇靜.  軟件學(xué)報(bào). 2017(01)
[2]內(nèi)存計(jì)算技術(shù)研究綜述[J]. 羅樂(lè),劉軼,錢德沛.  軟件學(xué)報(bào). 2016(08)
[3]新型非易失存儲(chǔ)研究[J]. 沈志榮,薛巍,舒繼武.  計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展. 2014(02)



本文編號(hào)：2972275