何柯文

论文（以及slide）下载地址：

论文：https://www.usenix.org/system/files/fast20-wang_shucheng.pdf

Slide:https://www.usenix.org/sites/default/files/conference/protected-files/fast20_slides_wang_shucheng.pdf

论文信息：

发表时间：2020年25～27日，发表在FAST 2020上，作者信息如下：

Shucheng Wang, Ziyi Lu, and Qiang Cao, Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Key Laboratory of Information Storage System; Hong Jiang, Department of Computer Science and Engineering, University of Texas at Arlington;

Jie Yao, School of Computer Science and Technology, Huazhong University of Science and Technology; Yuanyuan Dong and Puyuan Yang, Alibaba Group

论文摘要

该论文主要研究了HDD-SSD混合存储系统，发现对于HDD的写入延迟具有周期性的特点，其写入延迟大致有三种，低延迟(35us)，中延迟(55us)，高延迟(12ms)，并且这三种写入延迟周期性的出现，并且HDD的低延迟以及中延迟接近SSD的写入延迟。利用该特点，论文提出了BCW(Buffer-Controlled Writing)和 MIOS(Mixed IO scheduler)来解决HDD-SSD混合存储系统中尾延迟高以及HDD利用率不高的问题。通过实验验证了，在运用BCW和MIOS能减少SSD 93%的写入，以及降低65～85%的尾延迟

论文内容

本文首先对于阿里盘古的HDD写入延迟规律进行研究，发现HDD的写入延迟具有周期性和不同延迟分布的特点，其表现如下图：

即HDD的写入延迟可以分为低延迟(35us)，中延迟(55us)，高延迟(12ms)，其中低延迟和中延迟可以接近SSD的写入延迟，在用户可以接受的范围内。HDD具有如此写入规律的原因是在HDD中有DRAM的Cache(256MB DRAM对于10TB HDD)，写入方式为写回，DRAM的低延迟使得HDD的写入延迟具有低延迟以及中延迟。针对HDD这一写入延迟特点，论文提出了针对于HDD的buffer写入策略BCW(Buffer-Controlled Writing)和 混合MIOS(Mixed IO scheduler)。

HDD的写入状态可以用如下状态转移图来表示

F: Fast表示低延迟阶段，M: Medium表示中等延迟阶段，S: Slow表示慢延迟阶段。A表示ADM（Buffer未写满了，不进行状态），U（表示Buffer并写满，状态转移到Slow状态）。根据该状态转移图，可以得到BCW算法

BCW算法：

其基本思想是，在buffer写入过程中，如果是有请求在HDD的请求队列中，则进行写入HDD，在写入HDD过程中，如果下一步的状态为慢状态，则不接受请求，请求转发到SSD中，并且持续大块64KB写入HDD中(大块写入对于高延迟具有降低写入延迟的作用)，直到写入完成；如果之后的状态为M或者F的状态，则进行小块4KB写入HDD中。

为了进行HDD和SSD的分别调度，该文章也设计了MIOS混合调度器，其调度算法如下：

其基本思想为在SSD的请求队列忙或者HDD的下一状态为F快速的时候，写入到HDD队列中，否则写入到SSD中。

自己的认识和体会

该文章所利用HDD的写入特征十分有用，即HDD有三种写入延迟并且具有周期性的特点，利用该特点来分别调度不同的写请求来使得SSD-HDD的混合系统延迟最低，其BCW算法以及调度模型十分简单但是有效。可以看看是否能运用到HDD-PM或者SSD-PM的混合系统中。