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內存網格關鍵技術探析
（作者未知） 2011/6/23
（接上頁）ct到目標進程。截獲服務器同時管理驅動器并且選擇性的接受來自驅動器的信息。
三 緩存數據組織與管理
(一)模型設計
內存網格系統(tǒng)擴展了傳統(tǒng)的系統(tǒng)存儲層次結構，在主存和磁盤之間添加了內存網格層。內存網格層主要由內存服務節(jié)點提供的空閑內存空間構成，內存客戶節(jié)點通過利用這些空閑內存作為本地磁疵緩存的擴展，從而加速系統(tǒng)磁盤10的性能。但是對于內存服務節(jié)點提供的空閑內存空間，如何有效的對其進行組織和管理就成為了一個關鍵問題。
在基于協(xié)作緩存的改進模型中，內存網格的內存客戶節(jié)點和提供其服務的內存服務節(jié)點比例為1:n。因此我們采用了基數樹和LRU鏈相結合的方式來解決查找和定位的問題，基數樹用于解決緩存數據的定位問題而存在于內存客戶節(jié)點中，LRU鏈用于對緩存數據的更新和替換存在于內存服務節(jié)點中。
在RAM Grid原型系統(tǒng)的最初設計過程中，為了簡化管理過程，我們規(guī)定一個內存客戶節(jié)點在某一時刻有且盡可能使用一個內存服務節(jié)點的服務。為了能夠對內存服務節(jié)點中的空閑內存資源進行有效管理，內存網格系統(tǒng)選擇在內存客戶節(jié)點中實現(xiàn)了緩存數據組織和管理模塊。緩存數據組織和管理模塊對緩存數據進行本地管理，管理信息包括內存客戶節(jié)點所使用的內存服務節(jié)點上數據頁幀的狀態(tài)信息、存儲位置等。為了能夠達到這些目標，我們改變了模型中的緩存方案，使用了基于LRU和Hash雙鏈的數據組織和管理方法。
LRU鏈和Hash鏈的雙鏈管理結構在操作系統(tǒng)設計中由來已久。在開源操作系統(tǒng)Linux的早期版本中，對于數據結構的管理與組織就大量的使用了這種經典的雙鏈結構。其中，LRU鏈主要對數據結構進行更新和替換：Hash鏈主要用于數據結構的快速查找和定位。通過雙鏈結構的管理和組織，當內存客戶節(jié)點通過本地文件系統(tǒng)進行磁盤10操作時，則可以利用遠地內存服務節(jié)點的內存來獲取數據，從而減小內存客戶節(jié)點磁盤開銷，提升系統(tǒng)性能。
(二)Cache一致性問題
在單處理器(uniprocessor)系統(tǒng)中，由于處理器與10子系統(tǒng)看到的內存視圖不同而產生了Cache一致性問題。這是因為10子系統(tǒng)直接讀寫的是內存區(qū)域：處理器在寫回(write－back)策略下，首先讀寫的是Cache，只有當讀寫的塊要被替換時，才將該Cache中的塊內容寫回到內存。這就產生了處理器看到的內存視圖與10子系統(tǒng)看到的不一樣的情況。在多處理器(multiprocessors)系統(tǒng)中，Cache一致性問題是由對共享數據的緩存引發(fā)。在RAM Grid系統(tǒng)中。由于RAM Grid所擴展的緩存層次位于主存和磁盤之間，處理器并不會直接進行讀寫。所以RAM Grid系統(tǒng)并不存在Cache一致性問題。
四 異步緩存寫入
為了不影響系統(tǒng)效率，內存網格系統(tǒng)采用了異步緩存寫入的方法來完成內存客戶節(jié)點對內存服務節(jié)點的數據更新。內存網格系統(tǒng)使用函數截獲方法來修改磁盤10的執(zhí)行流程，異步寫操作發(fā)生在函數截獲過程中，而函數截獲過程發(fā)生在核心態(tài)，所以異步緩存寫入不得不選擇在核心態(tài)實現(xiàn)。為了使寫入過程不對原來的。系統(tǒng)執(zhí)行流程造成較大的性能損失，采用了內核線程的方法來完成寫入過程。在內核模塊中，我們設立了一個全局緩存區(qū)用以記錄內存客戶節(jié)點磁盤讀寫函數中產生的“新”緩存數據，而使用一個內核線程來將內存客戶節(jié)點中的新緩存數據周期性的寫入到內存服務節(jié)點的虛擬塊設各中。這樣，整個問題演變成了傳統(tǒng)操作系統(tǒng)中的讀者／寫者問題。緩存數據區(qū)的每一個塊中存放著一個緩存數據結構信息。這個數據結構中包含有設備號、塊號、塊大小、緩存數據內容和使用標志位等元信息，這些信息主要用于緩存數據本身的管理和緩存數據在內存服務節(jié)點上數據的定位。
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