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MM-CLOCK:面向NVMe SSDs的CLOCK算法优化
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作者 刘艳雪 徐军 +6 位作者 葛颂阳 季忠铭 孟令坤 李鑫 程冠杰 袁巩生 陈刚 《计算机学报》 北大核心 2025年第12期2912-2929,共18页
近年来,存储硬件的快速发展显著提升了存储容量和数据访问速度,这些发展为页面替换算法带来了新的挑战与机遇。为应对这些变化,本文提出了一种新型CLOCK页面替换算法——MM-CLOCK,旨在利用现代硬件特性提升系统整体性能。MM-CLOCK算法... 近年来,存储硬件的快速发展显著提升了存储容量和数据访问速度,这些发展为页面替换算法带来了新的挑战与机遇。为应对这些变化,本文提出了一种新型CLOCK页面替换算法——MM-CLOCK,旨在利用现代硬件特性提升系统整体性能。MM-CLOCK算法主要包括两个关键机制:页面预选机制和自适应写感知策略。其中,页面预选机制利用命中率指标提前识别出一组在后续页面替换过程中将被淘汰的候选页面,从而在替换决策阶段降低计算开销,提高替换效率。而自适应写感知策略则基于访问命中模式动态调整脏页的写回时机,实现对写负载的灵活调度,通过适当地延迟写回操作,进而减少不必要的I/O操作,缓解频繁写入带来的存储设备损耗问题。在这两个机制的协同作用下,MM-CLOCK不仅加速了页面替换过程,还引入了写感知,在提高数据库整体查询性能的同时,增强了系统对存储设备的友好性。此外,我们重新设计了缓冲池架构,引入了一种阈值驱动的主动页面写回机制,它可以在页面替换阶段开始执行前主动将缓冲区中的部分脏页面刷新到存储设备,充分利用了新型硬件的并发特性,减少页面替换过程中的写操作,从而降低写回延迟,提升系统的整体吞吐量。最后,为验证MMCLOCK算法的有效性,我们在WATT仿真框架和配备了NVMe SSD的PostgreSQL中进行了大量实验评估。实验结果表明,在WATT仿真框架中,相较于当前最先进的页面替换算法(如S3-FIFO),MM-CLOCK在执行速度上实现了高达5.17倍的性能提升;在实际的PostgreSQL数据库中,相较于广泛应用的Clock Sweep算法,其事务吞吐能力提高了8%,展现了优秀的实用性。 展开更多
关键词 数据库 页面替换算法 页面预选机制 自适应写感知策略 阈值驱动的主动页面写回机制
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