ارائه يك روش محافظه‌كارانه به منظور بهبود طول عمر حافظه نهان ورودي/خروجي

Improving Hybrid Multi-Level I/O Cache Lifetime Using Conservative Cache Management

استفاده از معماري‌هاي تركيبي حافظه نهان در سامانه‌هاي ذخيره‌سازي داده از جمله رويكردهايي است كه مي‌تواند منجر به بهبود دوام، كارايي و قابليت اطمينان اين سامانه‌ها شود. ازجمله چالش‌هاي معماري‌هاي تركيبي، چگونگي مديريت فقدان خواندن است. مديريت مبتني بر ماشين حالت از جمله روش‌هاي مديريت فقدان خواندن است. با اين وجود، استفاده از رويكرد ايستا در طراحي ماشين حالت منجر به كاهش قابل توجه طول عمر حافظه نهان مي‌شود. در اين مقاله يك روش درج محافظه‌كارانه مبتني بر ماشين حالت (CSMI) براي درج صفحات حاصل از فقدان خواندن در ديسك حالت جامد پيشنهاد مي‌شود. CSMI به منظور افزايش طول عمر حافظه نهان، به صورت پويا تعداد بازه‌هاي استفاده از سياست عدم درج فقدان‌هاي خواندن در ادوات با طول عمر محدود را افزايش مي‌دهد. به اين منظور، ضريب محافظه‌كاري (CF) به ساختار ماشين حالت اضافه مي‌شود تا با افزايش تعداد بازه‌هاي عدم درج در هنگام مواجهه با نرخ برخورد پايين، تعداد دفعات نوشتن بر روي ديسك حالت جامد كاهش يافته و طول عمر حافظه نهان افزايش يابد. ارزيابي‌هاي انجام شده نشان مي‌دهد روش پيشنهادي، با هزينه قابل چشم‌پوشي در حوزه كارايي (به طور ميانگين 0.38% نرخ برخورد پايين‌تر و 0.06% زمان پاسخ بيشتر)، به طور ميانگين براي ضرايب محافظه‌كاري با مقادير 2، 3 و 4 به ترتيب 7.4% (تا 25.48%)، 8.63% (تا 33.97%) و 8.94% (تا 33.97%) تعداد دفعات نوشتن بر روي ديسك حالت جامد را نسبت به بهترين كار پيشين كاهش مي‌دهد.

Hybrid cache architectures are promising solutions for designing efficient I/O caching schemes. One of the major challenges of hybrid caches is the management of read miss data pages. As such pages are noncritical in terms of data reliability, they can be buffered in volatile memories such as DRAM as an Endurance Friendly (EF) solution. Low capacity of DRAM, however, provides a small hit ratio for these pages. A state-ofthe-art solution has proposed a State-Machine Based Insertion (SMBI) scheme in order to improve cache performance by inserting read miss data pages in a Solid-State Drive (SSD), based on a static time periods. Nevertheless, the static approach of SMBI leads to considerable cache lifetime degradation compared to EF policy. In this paper, we propose Conservative State-Machine based Insertion (CSMI) scheme to improve I/O cache lifetime. CSMI dynamically adjusts the time that state-machine exploits EF policy based on workload behavior. To this end, CSMI employs a Conservative Factor (CF), which multiplies the number of periods that EF policy is exploited in case of low hit ratio. Our evaluations show that CSMI reduces the number of SSD writes up to 33.97%, compared to state-of-the-art solution with negligible performance overhead (average of 0.06%).