基于文件级磁盘重整的应用启动加速方法郭旭峰(清华大学计算机科学与技术系，北京100084)摘要：研究提出了一种基于文件级磁盘重整的应用启动加速方法及其相应架构(iStart)，该架构主要包括检测模块、预处理模块和文件迁移模块等3个模块。首先利用SystemTap工具检测应用程序启动时访问的磁盘块，之后通过去重操作和过滤操作得到迁移文件列表，最后将迁移文件对应的磁盘块进行聚合。对Linux2.6.37的Ext4文件系统磁盘块分配策略进行改进，实现了应用启动加速。实验结果表明，该方法可以使应用启动过程的磁头访问距离最多减少67%，相应的磁盘IO时间减少25%，应用启动速度提升14%。关键词：计算机系统结构；磁盘重整；Linux2.6.37；Ext4；启动加速中图分类号：TP316文献标志码：AApplicationstartupaccelerationtechniquebasedonfile-leveldiskreorganizationGuoXufeng(DepartmentofComputerScienceandTechnology,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)Abstract：Thispaperpresentsanewtechnique,whichacceleratesapplicationstartupbasedonfile-leveldiskreorganization,andtherelevantarchitecture,callediStart.Thetechniqueincludesthreemodules,i.e.,detectionmodule,preprocessingmoduleandfile-migrationmodule.Firstly,theSystemTaptoolisutilizedtodetectwhichblocksareaccessedwhenapplicationstarts.Thenafile-migrationlistisobtainedbydeduplicationandfilteringoperations.Finally,diskblocksofallfilesinthelistareaggregated.DiskblockallocationstrategyofExt4filesysteminLinux2.6.37isimproved,resultinginapplicationstartupacceleration.Experimentsshowthatthetechniquecanshrinkthediskheadmovementdistanceintheprocedureofapplicationstartupbyupto67%,correspondingdiskIOtimedecreasesby25%,andtheimprovementofapplicationstartupspeedreachesupto14%.Keywords：computersystemarchitecture;diskreorganization;Linux2.6.37;Ext4;startupacceleration磁盘是目前计算机系统采用的主要存储设备。随着存储技术的发展，市场上的磁盘容量已经达到TB数量级。然而，由于受限于本身的机械特性，磁盘的性能提升较为缓慢，与处理器之间的速度差距也越来越大，导致了“存储墙”问题的出现。分析报告显示，在近20年间，处理器的性能增长了2000000倍，而磁盘的性能仅仅提升了11倍[1]。磁盘性能已经成为影响计算机系统整体性能发挥的关键瓶颈。磁盘存取数据通过快速旋转盘片和移动磁头实现，旋转盘片和移动磁头带来的延时分别称为旋转延时和寻道延时。由于旋转延时和寻道延时的时间粒度都是毫秒级的，远远大于数据本身的读取时间(微秒级)，因此磁盘性能主要是受限于旋转延时和寻道延时。由于这2个限制的存在，使得磁盘在不同的访问序列下，可能具有不同的性能和不同的功耗。如果磁盘上的数据相隔较远，读写数据时就会增大旋转延时和寻道延时，降低磁盘性能，增加功耗；反之，如果数据连续存放，读写数据时就可以减少磁盘的机械移动，提高磁盘性能，减少功耗。由此可见，磁盘上数据的分布方式对磁盘的IO性能和功耗有很大影响。数据访问请求序列与数据在磁盘上的实际分布不一致时，会带来磁盘IO性能的降低。针对该问题，研究人员一般采用磁盘重整技术进行解决。磁盘重整技术包括块级重整和文件---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)(2011AA01A203)；国家自然科学基金(61103020)作者简介：郭旭峰（1986—），男，博士研究生，主要研究方向：操作系统，存储系统，guoxf05@163.com-1----本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---级重整2大类。块级重整[2-5]针对磁盘块，优点是不依赖具体的文件系统，缺点是比较复杂，而且可能会导致文件不连续。文件级重整[6-9]的粒度是文件，可以充分利用文件的语义信息，有针对性地进行操作，过程相对也比较简单。因此，笔者研究选用文件级重整的方法。对于个人计算机，用户在日常使用时会频繁启动应用程序，其中的...