本文關(guān)鍵詞：浪潮雙控制器存儲服務(wù)器緩存模塊設(shè)計與實現(xiàn)

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【摘要】：隨著云計算以及大數(shù)據(jù)的快速發(fā)展,互聯(lián)網(wǎng)公司更加追求海量數(shù)據(jù)存儲的高性能和高可用性。在服務(wù)器存儲領(lǐng)域,為了提供高可用性,避免控制器的單點故障而造成服務(wù)的中斷,使用雙控制器存儲服務(wù)器部署數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)已經(jīng)成為一種趨勢。目前CPU的處理速度和磁盤外設(shè)的IO處理速度之間的差距越來越大,磁盤的IO速度成為制約存儲服務(wù)器性能的瓶頸。為了彌補兩者之間的巨大差異,在控制器中使用磁盤緩存,減少對磁盤的讀寫次數(shù),從而可以提高存儲服務(wù)器的讀寫性能；在雙控制器中,維護緩存數(shù)據(jù)在兩控制器之間的同步,可以避免因為單一控制器宕機而造成的數(shù)據(jù)丟失和服務(wù)中斷；同時配合心跳模塊實時監(jiān)測另一控制器的狀態(tài),在一控制器故障時接管服務(wù),保證服務(wù)的不中斷。本文基于iSCSI控制軟件iSCSI Enterprise Target (IET)開源軟件實現(xiàn)雙控制器存儲服務(wù)器,在IET的基礎(chǔ)上設(shè)計并實現(xiàn)了獨立的緩存模塊,該模塊分為單機緩存模塊和緩存同步模塊,單機緩存模塊負(fù)責(zé)實現(xiàn)緩存的讀寫、寫回等功能,緩存同步模塊完成雙控制器之間的臟數(shù)據(jù)的緩存同步,保證兩控制器中緩存空間中的臟數(shù)據(jù)完全一致,保證單一控制器故障時數(shù)據(jù)不會丟失。緩存模塊管理一塊獨立于Linux內(nèi)存管理系統(tǒng)的物理內(nèi)存,使用基樹進行快速查找,采用雙鏈表實現(xiàn)最近最少使用(LRU)的替換策略,采用萬兆網(wǎng)卡直連的方式為緩存同步提供高速通道。本文在Linux內(nèi)核層設(shè)計并實現(xiàn)了獨立緩存模塊的各項功能,并采用多線程的方式提高性能。緩存模塊的實現(xiàn)針對iSCSI協(xié)議進行了針對性地優(yōu)化,提高了讀寫性能。采用lometer測試工具進行系統(tǒng)測試,對比帶有緩存模塊和不帶有緩存模塊時雙控存儲器的讀寫速度,測試結(jié)果表明緩存模塊對性能有明顯的提高。
【關(guān)鍵詞】：雙控制器 存儲 緩存 高可用性
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP333
【目錄】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第1章 緒論11-15
• 1.1 系統(tǒng)開發(fā)背景11-12
• 1.2 外部存儲服務(wù)器發(fā)展概況12-13
• 1.3 本文的主要工作13-14
• 1.4 本文組織結(jié)構(gòu)14-15
• 第2章 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計15-25
• 2.1 概述15-19
• 2.1.1 雙控存儲服務(wù)器工作模式15-16
• 2.1.2 iSCSI網(wǎng)絡(luò)存儲架構(gòu)16-19
• 2.2 雙控存儲服務(wù)器硬件架構(gòu)19-21
• 2.3 雙控存儲服務(wù)器軟件架構(gòu)21-24
• 2.3.1 整體模塊框架21-22
• 2.3.2 緩存模塊架構(gòu)22-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 第3章 系統(tǒng)設(shè)計25-39
• 3.1 緩存組織設(shè)計25-29
• 3.1.1 基樹25-26
• 3.1.2 雙鏈表26-29
• 3.1.3 緩存空間分配29
• 3.2 單機緩存模塊設(shè)計29-35
• 3.2.1 緩存讀操作設(shè)計30-32
• 3.2.2 緩存寫操作設(shè)計32-33
• 3.2.3 緩存寫回功能設(shè)計33-34
• 3.2.4 緩存替換策略設(shè)計34-35
• 3.3 緩存同步模塊設(shè)計35-36
• 3.3.1 臟數(shù)據(jù)同步設(shè)計35-36
• 3.3.2 緩存索引同步設(shè)計36
• 3.4 多線程同步機制設(shè)計36-39
• 第4章 系統(tǒng)詳細(xì)實現(xiàn)39-59
• 4.1 基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)39-44
• 4.1.1 緩存頁結(jié)構(gòu)體39-40
• 4.1.2 邏輯卷結(jié)構(gòu)體40-42
• 4.1.3 鏈表42-44
• 4.2 緩存內(nèi)核模塊API44-45
• 4.3 緩存模塊實現(xiàn)45-59
• 4.3.1 獨立緩存空間分配45-46
• 4.3.2 緩存初始化實現(xiàn)46-48
• 4.3.3 讀寫請求實現(xiàn)48-53
• 4.3.4 寫回操作實現(xiàn)53-54
• 4.3.5 替換策略實現(xiàn)54-57
• 4.3.6 緩存同步實現(xiàn)57-59
• 第5章 系統(tǒng)測試59-65
• 5.1 測試環(huán)境59-61
• 5.2 測試結(jié)果61-65
• 5.2.1 性能測試61-63
• 5.2.2 穩(wěn)定性測試63
• 5.2.3 功能測試63-65
• 第6章 總結(jié)和展望65-67
• 參考文獻67-69
• 致謝69-70
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表70

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本文編號：548566