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1. 基于磁盘和固态硬盘的混合存储系统研究综述

陈震, 刘文洁, 张晓, 卜海龙

计算机应用 2017, 37 (5): 1217-1222. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.05.1217

摘要（785）

PDF （995KB）（844）

大数据和云计算环境下海量增长的数据对存储系统的超高容量和体系结构带来了极大的挑战。目前存储系统的发展趋向于大容量、低成本和高性能，然而任何单一的存储器件如传统的机械磁盘（HDD）、固态硬盘（SSD）、非易失型性随机存储器等由于其固有的物理特性的限制，并不能满足以上的需求。将不同的存储介质混合组合成高效的存储系统是一个好的解决方法，固态硬盘作为一种高可靠性、低能耗、高性能的存储器被越来越广泛地运用到混合存储系统。通过将固态硬盘与传统磁盘进行组合，利用固态硬盘的高性能和传统磁盘低成本大容量的特点，能够为用户提供大容量的存储空间，保证系统的高性能，同时还能降低成本。通过阐述SSD与HDD混合存储系统的研究现状，对不同的SSD与HDD混合存储系统进行分类总结；然后针对缓存架构和设备同层架构这两种目前最流行的存储架构中涉及到的关键技术和不足进行讨论；最后对基于SSD和HDD的混合存储技术进行概括总结，并对今后该领域的研究重点和方向进行展望。

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2. 基于FPGA的DDR3协议解析逻辑设计

谭海清, 陈正国, 陈微, 肖侬

计算机应用 2017, 37 (5): 1223-1228. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.05.1223

摘要（739）

PDF （1133KB）（578）

针对采用DDR3接口来设计的新一代闪存固态盘（SSD）需要完成与内存控制器进行通信与交互的特点，提出了基于现场可编程门阵列（FPGA）的DDR3协议解析逻辑方案。首先，介绍了DDR3内存工作原理，理解内存控制器对存储设备的控制机制；然后，设计了接口协议解析逻辑的总体架构，采用FPGA实现并对其中的各个关键技术点，包括时钟、写平衡、延迟控制、接口同步控制等进行详细阐述；最后，通过modelsim仿真并进行板级验证，证明了该设计的正确性和可行性。在性能方面，通过单次读写、连续读写和混合读写三种模式下的数据读写测试，取得了最高77.81%的DDR3接口带宽利用率，在实际的SSD开发过程中能够有效提高系统的访问性能。

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3. 公有云存储系统性能评测方法研究

李阿妮, 张晓, 张伯阳, 柳春懿, 赵晓南

计算机应用 2017, 37 (5): 1229-1235. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.05.1229

摘要（744）

PDF （1069KB）（597）

随着云存储系统的迅速发展和广泛使用，许多企业开发者和个人用户将其应用从传统存储迁移至公有云存储系统，因此，云存储系统性能成为企业开发者和个人用户关注的焦点。由于传统测试难以模拟足够多的用户同时访问云存储系统；测试环境构建复杂，测试时间长，准备测试环境成本高；受网络因素及外界其他因素影响，评测结果不稳定。针对以上所述云存储系统性能评测的重点和难点，提出一种“云测试云”的公有云存储系统性能评测方法，该方法通过在云计算平台动态申请足够数量的实例，对公有云存储系统性能进行评测。首先，构建通用的性能评测框架，可动态伸缩申请实例，自动化部署评测工具及负载，控制并发访问云存储系统，自动释放实例及收集并反馈评测结果；其次，提出多维度的性能评测指标，涵盖不同典型应用、不同云存储接口；最后，提出一种可扩展通用的性能评测模型，该模型可以评测常见典型应用的性能，分析云存储性能影响因素，可适用于任何的公有云存储平台。为了验证该方法的可行性、合理性、通用性和可扩展性，利用所提方法对Amazon S3云存储系统进行性能评测，并使用s3cmd验证评测结果的准确性。实验结果表明，评测结果可以为企业开发者和个人用户提供参考意见。

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4. 私有云平台服务能力检测方法

柳春懿, 张晓, 李阿妮, 陈震

计算机应用 2017, 37 (5): 1236-1240. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.05.1236

摘要（1006）

PDF （908KB）（800）

针对现阶段使用私有云评测方法缺失所导致搭建私有云供需不匹配的问题，提出了一种自适应、可扩展的私有云系统能力检测方法，可对基础设施即服务（IaaS）云计算系统能力进行评测。首先，通过私有云应用程序接口动态扩展虚拟机数量；然后，通过性能特征模型选取虚拟机所需配置的硬件信息和操作系统类别，并根据用户的需求差异使用不同的负载模型，形成相应的模拟运行环境；最后，使用云计算服务等级协议（SLA）作为测试标准来衡量私有云服务能力。使用所提方法对Openstack开源私有云平台的能力进行了评测，实验结果表明，所提方法可以准确得出私有云服务能力，结果和用户实测一致。该方法负载生成成本更低，测试效率更高。并将该方法与Openstack自带的组件Rally进行对比，拓展性和负载动态模拟有很大的改进。

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5. Pmfs中目录项索引的实现

杨顺, 陈志广, 肖侬

计算机应用 2017, 37 (5): 1241-1245. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.05.1241

摘要（462）

PDF （752KB）（472）

可字节寻址的非易失存储介质，如相变存储器等，使数据可以在内存级别持久化。由于非易失存储器（NVM）本身的读写延时非常低，系统软件开销成为了决定整个持久化内存系统性能的主要因素。Pmfs是一个专门为持久化内存所设计的文件系统，然而，Pmfs下的每个目录操作（打开、创建或删除）都会遍历目录下的所有目录项，导致了随文件数增长而线性增长的目录项查找开销。通过测试发现，在特定类型负载下这种开销成为了整个文件系统的瓶颈。针对该问题，在Pmfs中实现了持久化的目录项索引来加速目录操作。测试结果显示，基于单目录下100000文件的负载，该优化使得文件创建速度提高了12倍，带宽增加了27.3%。

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6. 基于多核DSP的星载并行遥感图像压缩系统设计与实现

唐国斐, 周海芳, 谭庆平

计算机应用 2017, 37 (5): 1246-1250. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.05.1246

摘要（575）

PDF （774KB）（506）

随着星载遥感技术的不断发展，产生的遥感数据也变得日渐庞大，目前有限的通信带宽远不能满足遥感图像数据传输的需求。因此研究面向星载应用的图像压缩技术对空间应用技术的发展有着十分重要的意义。采用传统单核数字信号处理器（DSP）难以满足性能需求，而采用现场可编程门阵列（FPGA）则难以满足功耗需求，近年来随着硬件技术发展，多核DSP技术已经成熟，且在弹载场景已有比较成熟的多核DSP图像压缩解决方案，可供星载应用参考。基于多核DSP，即TI公司的C6678多核浮点DSP平台，构建一个并行图像压缩系统，并充分利用多核DSP的硬件资源。考虑星载遥感图像压缩对压缩质量、压缩速度等多方面指标都有着较高的要求，系统采用JPEG2000标准进行图像压缩，并且采用了主核负责外部通信与内部任务分配、从核执行JPEG2000图像压缩的设计方案。测试结果表明，该系统运行稳定可靠，且整体压缩性能优秀，能够满足对星载遥感图像压缩系统的性能要求。

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7. 分布式数据库聚合计算性能优化

肖子达, 朱立谷, 冯东煜, 张迪

计算机应用 2017, 37 (5): 1251-1256. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.05.1251

摘要（576）

PDF （950KB）（610）

针对分布式数据库在分析应用方面的聚合计算性能较低的问题，以MongoDB数据库为研究实例，提出了一种基于片键和索引的数据库性能提升方法。首先，通过分析业务特征指导选择的片键字段，该字段需要保证数据在分片节点上的均匀布局；其次，通过研究分布式数据库的索引效率，利用删除查询字段索引的方法进一步提升计算性能，该方法能充分利用硬件资源提高聚合计算的性能。实验结果表明，采用高基数粒度的分片片键能够让数据在集群上均匀地分布在各个数据节点上，而舍弃索引使用全表查询能够有效提高聚合计算的速度，聚合计算优化方法能够有效提高聚合计算的性能。

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8. 全程优化的固态硬盘垃圾回收方法

方才华, 刘景宁, 童薇, 高阳, 雷霞, 蒋瑜

计算机应用 2017, 37 (5): 1257-1262. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.05.1257

摘要（1077）

PDF （1128KB）（525）

由于NAND闪存的固有限制，写前擦除和擦除粒度较大，基于NAND Flash的固态硬盘（SSD）需要执行垃圾回收以重用失效页。然而垃圾回收带来的高开销会显著降低SSD的性能，也会直接影响SSD的寿命。特别是对于频繁使用的有数据碎片的SSD，垃圾回收带来的性能下降问题将更为严重，现有的垃圾回收（GC）算法各自侧重垃圾回收操作的某个步骤，并没有给出全面考虑各步骤对整体影响的综合方案。针对该问题，在详细剖析垃圾回收过程的基础上，提出了一种全程优化的垃圾回收方法WPO-GC，在数据初始放置、垃圾回收目标块的选择、有效数据的迁移、触发回收的时间点以及中断处理方式上，尽可能全面地考虑各步骤对SSD正常读写请求和寿命的影响。通过开源模拟器SSDsim上的WPO-GC的有效性验证表明，同典型GC算法相比，WPO-GC可以减少SSD读请求延迟20%~40%和写请求延迟17%~40%，均衡磨损近30%。

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9. 基于Spark Streaming的实时数据分析系统及其应用

韩德志, 陈旭光, 雷雨馨, 戴永涛, 张肖

计算机应用 2017, 37 (5): 1263-1269. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.05.1263

摘要（1047）

PDF （1159KB）（795）

为了实现对实时网络数据流的快速分析，设计一种分布式实时数据流分析系统（DRDAS），能有效解决并发访问数据流的收集、存储和实时分析问题，为大数据环境的网络安全检测提供了一种有效的数据分析平台；根据Spark Streaming运行的原理设计一种动态采样的 K-Means并行算法，与DRDAS结合能实时有效地检测大数据环境下的各种分布式拒绝服务（DDoS）攻击。实验结果显示：DRDAS具有好的可扩展性、容错性和实时处理能力，与动态采样的 K-Means并行算法结合能实时地检测各种DDoS攻击，缩短了攻击的检测时间。

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