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面向可重构云计算系统的FPGA小文件系统的设计与实现

发布时间:2017-10-10 20:27

  本文关键词:面向可重构云计算系统的FPGA小文件系统的设计与实现


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【摘要】:随着云计算的发展,传统计算机体系结构面临越来越大的挑战。可重构系统的出现为计算机体系结构的发展开辟了一条新道路。当前互联网应用环境中,保存在网站(WEB)服务器上的文件数量众多,可以达到千万以上。同时单个文件比较小,,通常在千字节KB级别,导致web服务器的性能瓶颈实际落在了文件系统上。因此如何去设计一个更有效的文件系统去管理数量巨大的小文件,提高文件系统的性能是一个亟需解决的问题。这种基于FPGA的系统在云计算的应用环境下需要具有高效处理海量小文件的能力。所以这里我们提出了一个基于FPGA的小文件系统FPGASmallFS。 本文先阐述了目前云计算的需求,然后提出一种新的文件系统.这种新文件系统通过简化文件系统结构和动态的磁盘卷管理来提高文件系统的速度和磁盘空间利用率;并借助FPGA的并行加速能力来提高文件系统挂载速度和磁盘吞吐率。接下来详细介绍了这种文件系统所需的各种关键技术;然后详细介绍了这种文件系统的设计实现过程;最后通过测试数据来验证工作的有效性。
【关键词】:云计算 可重构 FPGA 文件系统 小文件
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TP333
【目录】:
  • 摘要3-4
  • ABSTRACT4-9
  • 第一章 绪论9-17
  • 1.1 研究背景9-11
  • 1.2 国内外现状分析11-15
  • 1.3 论文的主要内容与章节安排15-17
  • 1.3.1 本文的主要工作15
  • 1.3.2 本文的组织结构15-17
  • 第二章 基于 FPGA 的文件系统的关键技术研究17-38
  • 2.1 硬盘17-24
  • 2.1.1 机械硬盘18-22
  • 2.1.2 固态硬盘22-24
  • 2.2 Xilinx FPGA24-25
  • 2.3 SATA AHCI IP 核25-26
  • 2.4 Microblaze 软核26-29
  • 2.4.1 架构27
  • 2.4.2 指令和寄存器27-28
  • 2.4.3 流水线架构28-29
  • 2.4.4 Microblaze 的总线接口29
  • 2.4.5 应用29
  • 2.5 AXI 总线29-31
  • 2.6 常见文件系统介绍31-37
  • 2.6.1 Ext231-36
  • 2.6.2 Reiserfs36-37
  • 2.7 本章小结37-38
  • 第三章 FPGASMALLFS 的设计与实现38-54
  • 3.1 FPGA 硬件电路的设计38-39
  • 3.2 磁盘驱动函数接口39-41
  • 3.3 FPGASmallFs 的磁盘布局41-43
  • 3.4 文件系统超级块设计43-44
  • 3.5 文件系统卷分配与卷内部管理44-45
  • 3.6 文件目录项及其 hash 实现45-47
  • 3.7 HashTableBuild47-50
  • 3.8 数据一致性的实现50-51
  • 3.9 文件系统 API51-53
  • 3.9.1 mount51
  • 3.9.2 uninstall51-52
  • 3.9.3 lookup52
  • 3.9.4 read52
  • 3.9.5 write52
  • 3.9.6 delete52
  • 3.9.7 flush52-53
  • 3.10 本章小结53-54
  • 第四章 性能测试54-60
  • 4.1 测试目的54
  • 4.2 测试环境54-55
  • 4.3 测试的性能指标55
  • 4.4 测试过程及结果分析55-59
  • 4.4.1 硬件系统 IO 性能测试55-56
  • 4.4.2 文件系统挂载时间测试56-57
  • 4.4.3 文件系统 IO 测试57-58
  • 4.4.4 文件系统 IOPS 测试58-59
  • 4.5 本章小结59-60
  • 第五章 总结与展望60-61
  • 参考文献61-63
  • 致谢63-64
  • 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文64-66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 吴芝路,任广辉,王桂玲,赵雅琴;基于IDE硬盘的高速数据存储器研究[J];电子技术应用;2000年05期

2 曾文英;赵跃龙;尚敏;;云计算及云存储生态系统研究[J];计算机研究与发展;2011年S1期

3 曲英杰,王沁,王昭顺;可重构体系结构的特征及应用[J];计算机工程与应用;2001年17期

4 段然,樊晓桠,高德远,沈戈;可重构计算技术及其发展趋势[J];计算机应用研究;2004年08期

5 杨真理;;基于FPGA的数字系统设计[J];中国科技信息;2009年17期



本文编号:1008463

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