基于RDMA的分布式内存对象系统的设计与实现

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随着个人与企业生产数据的规模的不断增长,基于内存的分布式存储与计算系统具有愈加广阔的应用场景。由于传统TCP/IP网络协议栈的复杂机制以及对易失性DRAM的数据持久化开销的影响,基于内存的分布式对象系统的性能受到了限制。非易失性内存和远程直接内存访问等技术的相继提出,为基于分布式共享内存的内存对象访问系统的设计提供的新的设计方向。但现有的对基于分布式共享内存设计的分布式内存存储与计算方案的研究中,存在着包括设计复杂、同步开销大等问题。因此,本文基于分布式内存数据对象访问的场景,设计并实现了一个分布式内存系统RNTMS,以支持对分布式共享内存对象的存储与计算。该系统结合了RDMA、NVM的硬件特性,以及分布式共享内存、软件事务内存的设计思想。主要研究工作如下:(1)针对分布式共享内存分区的负载不均衡造成的服务热点问题,本文采用有限负载的一致性哈希方案并对系统进行适配,对上层应用服务路由请求进行负载均衡,也因此提高了系统的业务吞吐。(2)传统多写者方案中,锁等悲观并发控制方式会阻塞其他写者,导致系统性能损耗。本文结合软件事务内存的设计思想,设计了基于事务级别的内存对象访问模型。通过将业务相关操作集合成事务对象进行处理,并采用乐观并发控制的版本号校验机制,可以避免上层应用直接操作同步原语和锁,同时提高了系统的并发度与使用接口的友好性。(3)软件事务内存的多版本方案在NVM上实现时,会出现写开销较大的现象。为此本文采用了双版本连续存储方案。在内存对象版本连续更新时,该方法可以有效改善在NVM空间上反复申请和释放的开销,并降低缓存失效的频率。(4)分布式共享内存在维护数据缓存一致性时,有着消息数过多与延迟较大的问题。本文结合发布订阅的策略,设计了对写通知缓存失效进行合并推送,以及缓存延迟更新的机制,使得冲突事务得以提前回滚并降低通信开销,进而提高系统整体吞吐。最后,本文对RNTMS系统进行了测试,并对测试结果进行分析。
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