【摘要】： 隨著信息科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,人們對海量信息存儲的需求日益增長。CPU的處理速度和存儲設(shè)備I/O處理速度之間的差距越來越大,為了彌補這種處理速度的差異,在磁盤陣列中加入Cache來緩存并管理數(shù)據(jù),盡可能減少讀寫磁盤的開銷,縮短I/O請求的響應(yīng)時間,從而提高存儲系統(tǒng)的I/O性能。如何合理地組織與管理Cache,使其發(fā)揮最大的效益,一直以來成為存儲界研究的熱門課題。 合理的Cache組織和調(diào)度策略,是提高查找效率和命中率的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的基于哈希表的組織方式,存在碰撞問題,需要二次索引。采用基樹組織Cache能夠?qū)崿F(xiàn)快速定位,縮短檢索時間。在對眾多Cache替換算法進行研究分析的基礎(chǔ)上,選用了簡單高效的最近最少使用替換算法(Least Recently Used,LRU),通過循環(huán)鏈表來分離讀寫Cache,并實現(xiàn)LRU調(diào)度策略。 Cache的預(yù)取技術(shù)是指根據(jù)數(shù)據(jù)訪問的規(guī)律性,將未來可能訪問到的數(shù)據(jù)塊預(yù)先存放到Cache中,以提高數(shù)據(jù)訪問的命中率,縮短I/O響應(yīng)時間。在網(wǎng)絡(luò)存儲環(huán)境中,系統(tǒng)通常要處理多個用戶請求,根據(jù)局部性原理,每個用戶請求很可能集中在各自的連續(xù)區(qū)域,采用基于基樹節(jié)點的預(yù)取算法,對預(yù)取區(qū)域進行合理規(guī)劃,提高預(yù)取數(shù)據(jù)的命中率,減少無用數(shù)據(jù)的預(yù)取,進一步提高了存儲系統(tǒng)的性能。 在SCSI目標(biāo)端中間層SCST(SCSI Target mid-level)的基礎(chǔ)上,綜合使用多種Cache技術(shù),設(shè)計并實現(xiàn)Cache的各個功能模塊,并整合到iSCSI磁盤陣列的目標(biāo)端驅(qū)動程序中。采用多種測試方法對加入Cache功能的磁盤陣列進行測試,結(jié)果表明,帶有Cache功能的磁盤陣列的I/O性能在一定程度上得到提升。
【圖文】：

圖 2.1 雙控制器磁盤陣列硬件結(jié)構(gòu)Cache 空間位于控制器內(nèi)存中，分成寫 Cache 和讀 Cache，數(shù)據(jù)同步的對象是寫Cache，寫 Cache 中的內(nèi)容一旦發(fā)生更新，要進行數(shù)據(jù)同步操作，將更新的寫 Cach數(shù)據(jù)完整傳輸?shù)娇刂破?B 的寫 Cache 中。當(dāng)控制器 A 宕機時，控制器 B 接管 A 的工作。由于同步操作的實時進行，此時陣列配置信息和 Cache 中的內(nèi)容都和控制器 A是一致的，可以順利實現(xiàn)數(shù)據(jù)存取服務(wù)的切換。雙控制器冗余配置是高端存儲產(chǎn)品的特征，能夠保證高可靠性同時增加 I/O 服務(wù)的吞吐能力，在控制器中良好的 Cache 設(shè)計，能夠為數(shù)據(jù)同步操作提供有力支持。2.2 雙控制器磁盤陣列的軟件結(jié)構(gòu)2.2.1 SCSI 目標(biāo)端中間層SCSI 目標(biāo)端中間層（SCSI target mid-level，SCST），是基于 Linux 操作系統(tǒng)下的SCSI 目標(biāo)端中間層子系統(tǒng)，SCST 能夠為各種類型的 SCSI 目標(biāo)端驅(qū)動程序提供統(tǒng)一

圖 2.4 雙控制器的軟件結(jié)構(gòu)(2) SCSI 目標(biāo)端中間層模塊和塊 I/O 處理模塊（本段英文過多，修改為中文）這兩個模塊對應(yīng) SCST 的兩個層次，由上一節(jié)可知，，Cache 模塊位于塊 I/O 層塊 I/O 處理層還包括了 Cache 功能模塊，Cache 功能模塊負(fù)責(zé)對內(nèi)存中的 Cache 空進行管理調(diào)度，塊 I/O 處理層還要負(fù)責(zé)管理數(shù)據(jù)同步操作。(3) 陣列控制模塊陣列控制模塊工作在 Linux 內(nèi)核中的 MD（Multiple Devices）層，MD 層包含種 RAID 算法的實現(xiàn)，獲取目標(biāo)端驅(qū)動程序發(fā)送的讀寫命令，根據(jù) RAID 配置信息和相關(guān)的 RAID 算法，將針對 RAID 整體空間的命令參數(shù)，進行修改，得到數(shù)據(jù)單個磁盤上的位置和數(shù)據(jù)長度，再提交到 SCSI 中間層去執(zhí)行。陣列控制模塊對不級別的陣列進行管理，并且融合了很多 RAID 相關(guān)的功能，如命令分解，數(shù)據(jù)重構(gòu)在線擴容等。(4) SCSI 中間層和 SATA 設(shè)備驅(qū)動
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TP333.35

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