發(fā)布時間：2020-11-10 01:23

　　 計算機(jī)硬件技術(shù)不斷發(fā)展,計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生了巨大改變。計算機(jī)系統(tǒng)的中心正在逐步由傳統(tǒng)的CPU,內(nèi)存和網(wǎng)絡(luò)向存儲系統(tǒng)轉(zhuǎn)移。網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)適應(yīng)這種要求得到迅速發(fā)展。特別是基于以太網(wǎng)的存儲系統(tǒng)的出現(xiàn),使得網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)的大規(guī)模普及成為可能。機(jī)群系統(tǒng)是當(dāng)今并行計算的主流結(jié)構(gòu),在機(jī)群系統(tǒng)中通常采用基于SAN架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)存儲子系統(tǒng)。由于SAN的總擁有成本過高,阻礙了機(jī)群系統(tǒng)的普及。因此研究機(jī)群環(huán)境下的以太網(wǎng)存儲系統(tǒng)具有現(xiàn)實意義。 當(dāng)前的以太網(wǎng)存儲系統(tǒng)主要是基于TCP傳輸協(xié)議的iSCSI系統(tǒng),通過對TCP上的軟件iSCSI系統(tǒng)性能的測試和分析,我們發(fā)現(xiàn),TCP傳輸協(xié)議無法很好地適應(yīng)存儲系統(tǒng)應(yīng)用的特殊需求,使得iSCSI系統(tǒng)傳輸帶寬較低,CPU資源占用較多。傳輸協(xié)議開銷過高導(dǎo)致iSCSI系統(tǒng)性能的降低,因此改善傳輸協(xié)議性能有助于提高iSCSI存儲系統(tǒng)性能。 為了提高iSCSI傳輸性能,本文提出了一種新的傳輸協(xié)議HSP。針對以太網(wǎng)環(huán)境下的iSCSI存儲系統(tǒng),HSP協(xié)議精簡了協(xié)議層次,直接使用數(shù)據(jù)鏈路層提供的服務(wù)來發(fā)送數(shù)據(jù)。它使用基于數(shù)據(jù)組窗口的流量控制方式,使得其可以在一次傳輸中發(fā)送更多的數(shù)據(jù)。它使用基于定時器的確認(rèn)和數(shù)據(jù)包重傳,以及定時器的動態(tài)調(diào)整機(jī)制,使得其能有效的防止網(wǎng)絡(luò)擁塞的發(fā)生,使用正向確認(rèn)和選擇性確認(rèn)使得系統(tǒng)能獲得更高的帶寬利用率。HSP協(xié)議還提供包括身份認(rèn)證和數(shù)據(jù)加密的安全機(jī)制。 CPN作為一種模型工具,廣泛應(yīng)用在分布式系統(tǒng),并發(fā)系統(tǒng),以及協(xié)議的描述與驗證中。為了校驗HSP協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸正確性,我們使用了CPN作為描述HSP數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぞ�。在使用CPN對HSP數(shù)據(jù)傳輸過程建立模型后,我們也使用了軟件工具對該模型進(jìn)行了校驗,結(jié)果表明,HSP能正確地傳輸數(shù)據(jù)。 通過分析Linux操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),我們給出了HSP協(xié)議實現(xiàn)的方法,并在Linux上成功地實現(xiàn)了HSP協(xié)議。我們對HSP協(xié)議實現(xiàn)進(jìn)行了初步的性能測試和分析,通過與TCP的比較,結(jié)果表明HSP協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)存儲這種大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)沫h(huán)境下,其性能優(yōu)于TCP,其網(wǎng)絡(luò)物理帶寬利用率超過90%。同時我們在HSP傳輸協(xié)議上運(yùn)行iSCSI軟件,并對其進(jìn)行了性能測試,測試結(jié)果顯示,其性能超過了在TCP上運(yùn)行的性能。 基于HSP傳輸協(xié)議,我們提出了一種適合機(jī)群系統(tǒng)的以太網(wǎng)存儲系統(tǒng)。在一個高速的吉比特以太網(wǎng)環(huán)境下,連接了多臺存儲服務(wù)器,它們組成一個小型機(jī)群系統(tǒng)。這些存儲服務(wù)器都連接了大容量的磁盤設(shè)備,存儲服務(wù)器通過HSP傳輸協(xié)議和iSCSI將本地硬盤輸出給其他存儲服務(wù)器成為一個可共享的網(wǎng)絡(luò)磁盤設(shè)備,將所有這些網(wǎng)絡(luò)磁盤設(shè)備使用邏輯卷組織成一個單一的虛擬磁盤設(shè)備。在虛擬磁盤設(shè)備上構(gòu)建具有全局單一映象的機(jī)群文件系統(tǒng)。通過網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng),將機(jī)群文件系統(tǒng)輸出給外部使用。這種以太網(wǎng)存儲系統(tǒng)具有成本低廉,高可擴(kuò)展,易管理等特點,不僅適合于作為機(jī)群系統(tǒng)的存儲子系統(tǒng),也可應(yīng)用在許多其它領(lǐng)域。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院研究生院（計算技術(shù)研究所）
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2005
【中圖分類】：TP333
【部分圖文】：

第1章 引言 計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的變化自從一九四六年世界上第一臺電子計算機(jī) ENIAC 誕生以來，在近 60 年的飛速中，計算機(jī)硬件技術(shù)先后經(jīng)歷了從最初的電子管到晶體管再到集成電路，最后和超大規(guī)模集成電路四個階段[1]。在此過程中，電子器件體積不斷縮小，功能，極大地推動了計算機(jī)性能的持續(xù)改善。著名的摩爾定律指出：“集成電路芯片管數(shù)目每 18 個月翻一倍”。圖 1-1 給出了微處理器的摩爾定律，圖中可以看出，的桌面計算機(jī) CPU Pentium IV 包含多達(dá)四千二百萬個晶體管[2]。ENIAC 的運(yùn)算 5000 次每秒，而當(dāng)今世界上最快的計算機(jī)能夠在每秒內(nèi)完成 35 萬億次浮點運(yùn)ENIAC 的 70 億倍[3]。

論文：基于以太網(wǎng)的存儲系統(tǒng)研究.1 光纖通道光纖通道（FiberChannel）[16,17,18]是由受美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ANSI）委托的開發(fā)的一組集成標(biāo)準(zhǔn)的通用名稱。這組標(biāo)準(zhǔn)確定了用于靈活傳輸信息的新協(xié)于介質(zhì)，并支持同時傳輸多種不同協(xié)議。光纖通道是一種結(jié)合傳統(tǒng)的通道技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的串行互連技術(shù)，這使得其可上實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。一方面，它利用通道技術(shù)的高可靠性和速度優(yōu)勢，它發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)的分布廣泛的優(yōu)勢，能夠?qū)⒍鄠�設(shè)備和服務(wù)器連入同一個基于交絡(luò)中，從而可以突破傳統(tǒng)通道的限制，實現(xiàn)存儲設(shè)備的共享。

圖 1-3 InfiniBand 體系結(jié)構(gòu)InfiniBand 的出現(xiàn)改變了原先計算機(jī)系統(tǒng)在計算結(jié)點互連、網(wǎng)絡(luò)接口、I/O 接口連標(biāo)準(zhǔn)上的混亂局面，采用一種統(tǒng)一的互連結(jié)構(gòu)將服務(wù)器集群系統(tǒng)、存儲域網(wǎng)連接起來。同時 IBA 所定義的互連結(jié)構(gòu)獨(dú)立于處理器平臺和操作系統(tǒng)，使得其，可移植性更好。IBA 規(guī)范 1.0 版已于 2000 年 10 月正式發(fā)布，目前，聯(lián)盟會員已超過 130 個，各紛紛公布其相關(guān)產(chǎn)品計劃，一些開發(fā)環(huán)境及測試產(chǎn)品開始面世。但由于其初期成本太高，它離大規(guī)模的應(yīng)用仍然有一段距離。 文件系統(tǒng)的發(fā)展作為計算機(jī)系統(tǒng)中信息管理的基礎(chǔ)，文件系統(tǒng)在存儲系統(tǒng)中具有非常重要的地位件系統(tǒng)的發(fā)展不僅僅限于本地的基于磁盤的文件系統(tǒng)，更多的是基于網(wǎng)絡(luò)的文下面對這些文件系統(tǒng)做簡單的回顧。.1 本地文件系統(tǒng)
【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 王文良;嵌入式TCP/IP協(xié)議棧的研究與實現(xiàn)[D];哈爾濱理工大學(xué);2010年

2 孫東哲;車載信息記錄儀主板動力學(xué)分析及硬盤減振研究[D];中北大學(xué);2011年

3 歐開日;智能網(wǎng)絡(luò)磁盤存儲系統(tǒng)通信協(xié)議研究[D];華南理工大學(xué);2010年

4 李朝軍;基于以太網(wǎng)的不對稱iSCSI協(xié)議研究[D];湖南大學(xué);2010年

5 姚遠(yuǎn);雙控制器磁盤陣列中PCI-e同步通道的優(yōu)化技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2012年

本文編號：2877252