MEMS存储设备的管理技术

一　引言

MEMS（Micro ElectromechanicalSystem，微机电系统）存储器是一种新型存储器件，具有高密度、低功耗、非易失、多探针并行访问等特点，相对于传统磁盘具有明显优势。可以填补RAM和磁盘之间的性能差距，可在计算机系统中承担多种角色，为新型高性能海量存储系统结构研究带来新思路和新方法。

二　MEMS存储设备的请求调度算法

（一）磁盘的请求调度算法

第一种是最简单的、性能最差的先来先服务（FCFS）：第二种算法是循环查找（CLOOKLBN）。这种算法是按照LBN升序的方式进行服务，也就是说当所有请求的LBN都落后于当前请求的LBN话，就从涉及到最小LBN的请求开始服务：第三种是最短寻址时间优先（sSTF—BN），主要思想是选择具有最小寻址延迟的请求，但是在实际应用中却很少使用。因为很少有主机 *** 作系统具有用计算实际寻址距离或者预测寻址时问的信息，考虑到磁盘LBN到物理位置的映射的关系，大部分的SSTF算法使用的是最近访问的LBN和目标LBN之间的距离作为访问时间的近似，这种简化对磁盘是有效的：第四种是最短定位时间优先算法（SPTF），选择具有最小定位延迟的请求，对磁盘来说，SPTF算法与其它算法显着的不同在于它需要考虑寻道时间和旋转延迟。

将四种调度算法应用到Atalalok上，统计随机负载在不同的请求到达频率下Atlas l0k的响应时间。FCFS的性能是四种调度算法中性能最差的，同时，FCFS的性能随着负载请求的增加性能最快达到饱和。SSTFes LBN的性能比CLOOK LBN要好，SPTF的性能最好，而且SPTF性能达到饱和的速度最慢。

前三种调度算法（（FCFS CLOOK LBN和SSTFes LBN）可以利用主机的软件系统简单有效的实现。考虑到磁盘LBN到物理位置的映射关系，实现这三种调度算法不需要详细的设备信息，只需要根据请求的LBN号来选择要服务的请求。SPTF算法通常是在磁盘驱动器的固件中实现，SPTF算法需要磁盘状态的准确信息、LBN到物理位置的映射信息、寻址时间和旋转延迟的准确预测信息等。

（二）MEMS存储设各请求调度算法

为了方便的将MEMS存储设备应用到计算机系统中，MEMS存储设备利用与磁盘相同的接口。为了证明现有的磁盘请求调度算法同样适用于MEMS存储设备，将上节中四种磁盘的请求调度算法应用到MEMS存储设备上。多数的请求调度算法，如SSTF LBN和CLOOKLBN，只需要知道LBN的信息，将LBN之间的距离作为定位时间的估计。SPTF算法涉及到寻址时间和旋转延迟。而MEMS存储设备只存在x轴和Y轴方向的寻址，没有旋转延迟。与磁盘相同的是，寻址时间是一维的，接近一个线性的LBN空间。与磁盘不同的是，MEMS存储设备在两个方向的寻址是并行完成的，选择较大的作为实际的寻址时间。由于x轴方向存在稳定时间，x轴方向的寻址时间总是比Y轴大。如果Y轴的寻址时间比较大，SPTF的性能仅比SSTF略有优势。利用Disksim。将磁盘的调度算法应用到MEMS存储设备上，统计不同的请求到达频率的随机负载下的平均响应时间。

四种调度算法在MEMS存储设备上具有和磁盘类似的性能：FCFS性能最差，SPTF性能最好。但是，FCFS和基于LBN的算法之问的差距比磁盘小。因为在MEMS存储设备寻址时间在整个服务时间中占很大比例。CLOOK LBN和SSTF LBN性能差距要比磁盘小。

三　数据布局策略

（一）小粒度非顺序访问

MEMS存储设备数据访问具有与磁盘类似的特性，短距离寻址比长距离寻址要快。与磁盘不同的是，由于d簧的回复力的存在，使得不同位置上触动器作用力的影响不同。d簧作用力对每个TIp的访问区域不同位置的影响。d簧的作用力随着sled位移的增加而增大，对于短距离来说定位时间反而较长。因此，在考虑查找小粒度、常用的数据项的时候，除了考虑寻址距离，还要考虑sled距中心位置的距离。

（二）大粒度顺序访问

MEMS存储设备和磁盘的流传输速率相似：Atals 10K的流传输速率是17，3-25，2MB／s，MEMS存储设备的流传输速率为75，9MB／s。MEMS存储设备的定位时间比磁盘低一个数量级，对MEMS存储设备来说，定位时间对于大批量数据传输影响很小。例如：一个256KB的读请求在X轴不同位置上的服务时间，在1250个柱面的不同请求之间的服务时间仅差10％。同时减少了大粒度、顺序传送的数据对局部性的需求。但是，对磁盘来说，寻址距离是影响寻址时间的重要因素。同样，对一个256KB大小的请求，长距离寻址时间可以使整个服务时间增加1倍。

（三）双向数据布局

为充分利用MEMS存储设备的访问特性，引入了一种双向布局策略。小数据存放在最中间的小区域中，大的、顺序的流数据存放在外围的小区域中。这种策略可以采用5X5的网格方式实现。

在假设各个请求内部不存在相关性的前提下，比较双向布局、“organ pipe”布局和一种优化的磁盘布局的性能。在“organpipe”布局策略中，最经常访问的文件存放在磁盘最中间的磁道上，使用频率稍差的文件存放在中间磁道的两侧，最不经常使用的文件存放在靠近最内部和最外部磁道上。这种布局策略对磁盘是优化的，缺点是需要根据文件的使用频率定期的移动文件，还需要维护文件的一些状态来记录文件的使用频率。