一种面向存储系统的并发编程框架的设计与实现

发布时间：2017-12-10 13:22

  本文关键词：一种面向存储系统的并发编程框架的设计与实现

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【摘要】：互联网时代的到来，各种各样的应用层出不穷，用户基数的不断攀升，使得支撑这些应用服务器后台承受着巨大的并发压力。伴随着半导体硬件和体系结构的发展，多核心多线程CPU已经是目前时代的主流，所以我们有机会、有能力利用这一类性能强大的硬件设备去解决高并发带来的挑战。然而，多核心多线程处理器由于其特有的体系结构，以前的遗产应用并不能充分的发挥它们的硬件性能，程序开发者不得不重新针对其架构编写相应的应用。但是与传统的应用开发相比，编写针对并发的应用难度也更大，对于开发人员的要求也更高。针对这一现状，近些年来，不断地有新的技术、新的方法提出或者演进，用以降低并发应用的门槛，提高开发的效率。 本文在分析总结现有技术和方案的基础上，针对存储系统这一典型的高并发应用，从线程的调度、IO的控制等方面进行了一系列深入的研究，提出了一种基于多线程调度的适用于存储系统的并发编程框架，其主要贡献如下： 1.在多线程调度机制方面，本文提出了一种基于核心线程池的多线程调度机制，有效地降低了在多线程应用运行过程中，因大量线程反复开启、销毁带来的系统性能开销；通过合理的分配调度机制，使得不同任务能够充分的得到调度，从机制上解决了并发任务的资源分配；同时，基于该机制，使得应用运行过程中，任务的切换可以实现免锁的队列操作，，进一步提高了性能。 2.在研究并发应用内部资源调度机制的同时，研究了并发应用对于外部IO的需求，针对其外部IO的特点，与内部资源调度框架结合，设计了针对并发应用的外部IO机制。这一机制的异步-非阻塞特性，使得系统的内外两级资源能够重叠的独立的执行任务，提高了系统资源的利用率。 3.在核心线程池调度机制设计实现的同时，加入了一种以定时器中断为核心的扩展调度机制，使得框架能够在一些特定的应用执行的时候，实现定时触发对系统资源的抢占，强制执行。 本文在研究并发编程的同时，在通过参考几经典集中式/分布式存储系统后，针对本文并发框架的一些技术要点，基于本文的并发框架设计并实现了一种基本存储原型系统，模拟了存储系统的一些典型功能和特点。 通过对原型存储系统的多个测试，数据表明了基于并发编程框架开发的存储原型系统，从功能上具有可用性，可以对存储业务进行级别的模拟；从性能上，也具有一定的可行性，充分体现了并发编程框架对于外部IO请求和内部线程调控的能力；从系统上，该原型系统能够利用多核多线程CPU的硬件能力获得相应的性能提升。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP311.1;TP333

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 骆斌,费翔林;多线程技术的研究与应用[J];计算机研究与发展;2000年04期

2 潘利伟;谷建华;朱靖飞;周志超;;基于Erasure Code的分布式文件存储系统[J];计算机工程;2010年17期

本文编号：1274594