混合存储系统利用多种存储设备，如新兴的非易失性存储器（NVM）、固态驱动器（SSD）和硬盘驱动器（HDD），来实现相比于单设备更大的容量和更高的性能。这些设备具有不同的特性，需要在延迟、吞吐量和成本之间进行权衡。混合存储架构因采用多层存储硬件来提高系统性能而广受业界和学术界的欢迎。由于不同存储介质的性能存在差异，混合存储系统必须采用合适的架构和数据调度策略来充分并行发挥多设备的物理特性及其性能优势。现有常见的混合存储架构存在若干性能缺陷，当前常用的数据调度策略在实施过程中也表现出功能上的不足，性能均有可提升的空间。

实验室博士生张津通在陈俭喜副教授的指导下，提出了一种基于F2FS的新型混合存储文件系统HyF2FS，该文件系统能够并行管理多个设备。为了充分利用硬件并行的潜力，HyF2FS采用了缓存-分层一体化架构，优先考虑存储在加速器中的热数据和元数据，而冷数据异步传输到SSD存储。该系统使用多维权重将数据放置在适当的设备上，以实现高带宽。为了改进数据热度识别，HyF2FS提出了两级计数器策略。此外，还设置了迁移窗口来最大限度地减少迁移对前台I/O的影响。通过实现这些调度算法，HyF2FS可以充分利用快速设备和慢速设备的并行性。实验结果表明，与F2FS和其他混合存储系统相比，HyF2FS实现了116%-244%的吞吐量提高和49%-64%延迟降低。

该研究成果以Regular Paper “HyF2FS: A Filesystem to Fully Exploit the Parallelism of Hybrid Storage” 于2023年8月接收于2023 IEEE International Conference on Computer Design (ICCD-2023)。

图1 HyF2FS架构图

图2 不同工作负载下的性能对比