【摘要】：隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，信息的重要性和價(jià)值不斷地增長(zhǎng)，因而對(duì)于存儲(chǔ)系統(tǒng)的可靠性、可用性提出了更高的要求。目前，磁盤陣列已經(jīng)成為構(gòu)建大規(guī)模存儲(chǔ)系統(tǒng)的基本組成單元，磁盤陣列控制器作為磁盤陣列的核心部件，它的性能直接決定磁盤陣列的整體性能。因此，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)高可靠性、高可用性的磁盤陣列控制器成為了存儲(chǔ)系統(tǒng)中研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。 采用在iSCSI（Internet Small Computer System Interface）雙控制器各自內(nèi)存中開辟一塊內(nèi)存區(qū)，一個(gè)物理頁(yè)框構(gòu)成一個(gè)Cache塊。通過(guò)基樹結(jié)構(gòu)按邏輯塊地址來(lái)組織Cache塊，同時(shí)分別創(chuàng)建讀寫LRU（Least Recently Used）鏈表用于Cache的靈活調(diào)度。在內(nèi)存中創(chuàng)建鏡像緩存區(qū)用于保存對(duì)方控制器的寫Cache內(nèi)容。采用內(nèi)核態(tài)的套接字接口實(shí)現(xiàn)鏡像數(shù)據(jù)的同步傳輸。數(shù)據(jù)鏡像策略主要考慮臟數(shù)據(jù)大�。ǹ臻g局部性原理）和同一Cache塊的更新頻率（時(shí)間局部性原理），周期性進(jìn)行基于數(shù)據(jù)大小和時(shí)間間隔的鏡像同步。在SCS（ISmall Computer System Interface）中間層SCST（SCSI Target mid-level）的設(shè)備句柄級(jí)上，完成了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)基于Cache塊的數(shù)據(jù)鏡像。通過(guò)鏡像緩存，保證一個(gè)控制器失效后另外一個(gè)控制器仍擁有其副本數(shù)據(jù)，及時(shí)準(zhǔn)確地接管工作，提高存儲(chǔ)系統(tǒng)的可靠性。 采用功能測(cè)試和性能測(cè)試完成雙控制器磁盤陣列的測(cè)試。結(jié)果表明，在對(duì)磁盤陣列的I/O性能影響不大的情況下，可以保障某一控制器失效時(shí)能夠有效保證臟數(shù)據(jù)不丟失，提高了存儲(chǔ)系統(tǒng)的可靠性。
【圖文】：

圖 2.1 雙控制器磁盤陣列的硬件結(jié)構(gòu)這種硬件架構(gòu)具有成本低、可擴(kuò)展性等優(yōu)點(diǎn)。磁盤陣列上的各個(gè)硬件相對(duì)獨(dú)立，易擴(kuò)展，出現(xiàn)故障時(shí)控制器的其它部件不受影響，可直接替換故障部件，陣列繼續(xù)工作，有利于維護(hù)和升級(jí)；因?yàn)椴捎玫幕A(chǔ)硬件成不高且能保證較高的性能，所以系統(tǒng)整體成本可控。雙控制器磁盤陣列存儲(chǔ)系統(tǒng)基于內(nèi)核版本為 2.6.21 的 Linux 系統(tǒng)平臺(tái)開發(fā)；控制器緩存鏡像的開發(fā)是基于 Linux 內(nèi)核的 SCSI 目標(biāo)端中間層子系統(tǒng)（SCSI targetmid-level subsystem for Linux，簡(jiǎn)稱 SCST），在 SCST 的設(shè)備句柄層（dev_handler layer）建立緩存并實(shí)現(xiàn)緩存鏡像。雙控磁盤陣列的軟件結(jié)構(gòu)如圖 2.3 所示。典型的 Linux 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)分為三層，即頂層（文件系統(tǒng)層），中層（塊設(shè)備層）和底層（設(shè)備驅(qū)動(dòng)層）。文件系統(tǒng)層的實(shí)例如 ext3，，NFS 等，它們都構(gòu)建在 Linux 的 VFS 之上，文件系統(tǒng)層定義磁盤上的目錄組織結(jié)構(gòu)，dentry 和 inode 等重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；塊設(shè)備層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存取，包括請(qǐng)求隊(duì)列、I/O 調(diào)度策略和換入換出等重要概念，還可以實(shí)現(xiàn) LVM

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文各自的特點(diǎn)如下：1）直通模式下，發(fā)起端的 SCSI 命令將會(huì)被不加改動(dòng)的直接傳遞給本地 SCS硬件；2）性能模式，不會(huì)與底層的 SCSI 設(shè)備發(fā)生實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸，僅提供直接的性能改進(jìn)方法。3）文件 IO 模式，允許使用文件系統(tǒng)上的文件或者塊設(shè)備做為虛擬的 SCSI 設(shè)備該模式可以充分利用 Linux 系統(tǒng)的 Cache 功能；4）塊 IO 模式，繞開系統(tǒng)的 page-Cache 直接與塊設(shè)備進(jìn)行塊數(shù)據(jù) IO；5）用戶空間模式，在 SCST 環(huán)境中使用用戶空間的虛擬 SCSI 設(shè)備模擬執(zhí)行。其中用戶空間模式和性能模式一般只用于調(diào)試、測(cè)試中；實(shí)際應(yīng)用中使用直通文件 IO 和塊 IO 三種模式。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TP333

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2546232