近來出現諸多以非易失性存儲器（non-volatilememory,簡稱NVM）作為存儲設備的新型持久化內存文件系統,充分發掘NVM的低延遲和可按字節尋址等優點,優化文件訪問的I/O棧和一致性機制,極大提升文件系統的性能.然而,現有持久化內存文件系統都沒有考慮NVM寫耐受度低的缺陷,極易導致NVM被磨損穿（wear out）.針對NVM寫耐受度低的缺點,探索多種利用基本文件操作對NVM造成磨損攻擊的方式,并在真實持久化內存文件系統PMFS中以實驗證明磨損攻擊的嚴重性.為有效防御針對NVM的磨損攻擊,提出了持久化內存文件系統磨損防御機制（persistent in-memory file system wear defense technique,簡稱PFWD）,包括索引節點元數據虛擬化技術、超級塊遷移技術、文件數據頁磨損均衡技術和文件索引結構遷移技術,保護文件系統中所有可能被磨損攻擊利用的數據結構.實驗結果證明所提出的PFWD技術能有效地防御病毒發動對NVM的磨損攻擊,提高了存儲系統的穩定性. 

【文章來源】：軟件學報. 2020,31(06)北大核心

【文章頁數】：21 頁

【部分圖文】：

6 順序讀

5 隨機寫

在持久化內存文件系統實現PFWD,NVM的物理空間布局如圖1所示:(1)超級塊指針,指向超級塊的存儲區.超級塊的存儲區可動態調整,當超級塊存儲區的磨損嚴重時,超級塊可遷移到磨損較低的物理區間;(2)物理頁寫次數表,記錄NVM每個物理頁的寫次數,每次更新物理頁的數據,都要在物理頁寫次數表增加相應的寫次數,因為PFWD機制能保證NVM物理空間的磨損均衡,所以物理頁寫次數表的存儲區間也是磨損均衡的;(3)索引節點映射表,記錄虛擬索引節點的寫次數和偏移量,實現索引節點的遷移;(4)超級塊、索引節點、文件索引結構、文件數據、日志,分散在NVM整個物理空間,通過超級塊遷移技術、索引節點元數據虛擬化技術、文件索引結構遷移技術、文件數據頁磨損均衡技術實現以上5種數據結構的存儲區的磨損均衡.持久化內存文件系統實現PFWD,物理頁寫次數表和索引節點映射表的空間開銷極小.例如,NVM的存儲空間大小為10GB,物理頁大小為4KB,每8字節記錄一個物理頁的寫次數,則物理頁寫次數表占用的存儲空間是,僅占總存儲空間的0.2%.通常,所有文件索引節點總的存儲空間大小設計為持久化內存文件系統存儲空間的1%,索引節點的大小為128KB[9-11],4KB大小的物理頁能存儲32個索引節點.索引節點映射表中每個索引節點的寫次數和偏移量共占8字節,即分別用4字節記錄寫次數和偏移量,則索引節點映射表所占存儲空間的大小是,僅占總存儲空間的0.06%.所以,物理頁寫次數表和索引節點映射表的存儲空間開銷可以忽略不計.此外,為提高檢索效率,物理頁寫次數表和索引節點映射表都使用數組結構,并且兩種數據結構采用修改DRAM副本的方式更新其寫次數,只有在適當的時機回寫NVM,以減少兩個數據結構物理存儲區的寫次數.因此,物理頁寫次數表和索引節點映射表所在存儲區的磨損極低.

【參考文獻】：
期刊論文
[1]新型非易失存儲環境下事務型數據管理技術研究[J]. 潘巍,李戰懷,杜洪濤,周陳超,蘇靜.  軟件學報. 2017(01)
[2]內存計算技術研究綜述[J]. 羅樂,劉軼,錢德沛.  軟件學報. 2016(08)
[3]新型非易失存儲研究[J]. 沈志榮,薛巍,舒繼武.  計算機研究與發展. 2014(02)



本文編號：2972275