【摘要】： 計算機與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日新月異,人類社會信息化進程逐步深入,數(shù)據(jù)密集型應用不斷涌現(xiàn),存儲需求也因此不斷擴大,存儲系統(tǒng)面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。存儲系統(tǒng)不僅要具有較高的訪問速度,同時還要能夠合理地利用所有異構(gòu)的存儲資源,具有高可靠性和可擴展性。因此,利用高速網(wǎng)絡(luò)通道組建網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)并且在存儲技術(shù)上尋求創(chuàng)新與突破是迎接這一挑戰(zhàn)的最佳策略。 虛擬接口體系結(jié)構(gòu)(Virtual Interface Architecture,VIA)是輕量級通信協(xié)議的工業(yè)標準,它具有通信開銷小,傳輸帶寬高等很多固有優(yōu)點。特別是它縮短了傳統(tǒng)的I/O路徑,較好地解決了以FC(Fibre Channel)為基礎(chǔ)的存儲網(wǎng)絡(luò)互操作性問題,而且提供了遠程DMA(Direct Memory Access)傳輸機制,可以實現(xiàn)直接存儲訪問。因此,將VIA應用于網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)中,構(gòu)建基于虛擬接口存儲網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)VISA(Virtual Interface Storage Architecture)可以有效地緩解網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)中的傳輸瓶頸,解決存儲網(wǎng)絡(luò)的兼容性和互操作性,節(jié)省存儲開支。VISA系統(tǒng)中存儲資源由存儲節(jié)點提供,被元數(shù)據(jù)服務器管理調(diào)度,位于VISA內(nèi)部的用戶可以直接使用這些存儲資源,遠程用戶可以通過iSCSI連接進行遠程存儲訪問。 VISA系統(tǒng)利用VIA作為數(shù)據(jù)通信傳輸協(xié)議,而已有的VIA實現(xiàn)要么因為使用專用的特殊網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,不僅兼容性不好,而且造價昂貴,要么因為抹煞了VIA的固有優(yōu)點而造成性能不高。為了克服這些缺陷,進一步提高VISA系統(tǒng)的性能并保持其良好的兼容性和互操作性,設(shè)計了適合于存儲的VI網(wǎng)絡(luò)適配器VI-NIC(Virtual Interface Network Interface Card)。它采用以太網(wǎng)作為傳輸媒介,通過SOC(System On Chip)的方式在適配器端實現(xiàn)VIA協(xié)議功能,從而降低了主機的通信開銷,提高了數(shù)據(jù)傳輸性能,并且保持了良好的兼容性和低價格。 異構(gòu)存儲資源的管理與存儲資源利用率不高是存儲系統(tǒng)需要解決的另一難題。為此在VISA系統(tǒng)中實現(xiàn)了兩級存儲虛擬化,第一級存儲虛擬化是由存儲節(jié)點將異構(gòu)的存儲設(shè)備虛擬為具有統(tǒng)一訪問界面的存儲實體,第二級存儲虛擬化則是通過存儲資源的動態(tài)分配與塊地址的動態(tài)映射實現(xiàn)塊級存儲虛擬化。第一級存儲虛擬化實現(xiàn)了對異構(gòu)存儲資源的統(tǒng)一管理與訪問,塊級存儲虛擬化則既提高了存儲資源的利用率,節(jié)約了存儲成本,又可以通過優(yōu)化的存儲資源分配與塊地址映射策略提高存儲訪問性能。 在VISA系統(tǒng)中,存儲資源分配與塊地址映射策略是影響系統(tǒng)性能的一個關(guān)鍵因素,因此設(shè)計并分析了三種不同的分配與映射算法。布局優(yōu)先的資源分配與塊地址映射算法僅考慮數(shù)據(jù)的分布與布局,可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)讀取性能的優(yōu)化;負載優(yōu)先的資源分配與塊地址映射算法則僅考慮了存儲節(jié)點的負載對存取性能的影響,可以優(yōu)化寫請求的響應時間。綜合二者的優(yōu)點,綜合的資源分配與塊地址映射算法既考慮到存儲節(jié)點的當前負載情況,又兼顧數(shù)據(jù)分布與布局的均勻性,實現(xiàn)了對VISA系統(tǒng)讀/寫性能的全面優(yōu)化。 緩存一直都是優(yōu)化系統(tǒng)性能的一項重要技術(shù),而決定其性能的關(guān)鍵因素則包括數(shù)據(jù)塊的替換策略和數(shù)據(jù)塊的放置策略兩個方面。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)的特性和VISA系統(tǒng)的緩存分布特征,提出了訪問即可淘汰的第二級緩存替換策略和基于存儲地址空間連續(xù)性和局部性的智能預取策略。它們在幾乎不增加系統(tǒng)開銷的情況下可以有效地改善VISA系統(tǒng)的存儲訪問性能。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2006
【分類號】：TP333

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本文編號：2735287