基于NVMeOF的软件定义存储设计与实现

发布时间：2020-03-20 09:20

【摘要】：随着大数据时代的到来,存储作为IT系统中最为重要的部份之一,系统对它的要求变得越来越高,性价比的要求比较突出。传统的机械硬盘存储容量大、价格低,然而读写性能差,而固态存储作为新兴的非易失存储读写性能高、随机I/O快、价格昂贵,混合存储阵列能够解决这个问题。在国家强调自主可控的背景下,对于自主可控的存储系统的研究有着迫切的需求,因此本论文在国产化平台上进行研究与设计。传统的存储架构已无法充分发挥新兴的高性能混合存储的性能,NVMeOF代表的网络存储新型技术极大的提升了系统网络利用效率,提高了网络存储吞吐量和IOPS。软件定义存储带来的灵活性,为当今存储界广泛使用,国产平台可以利用软件定义存储的方式最大程度提升开发性能。本论文围绕用户态存储协议栈、双控混合存储、NTB通信技术、存储管理系统四个方面展开工作。通过使用软件定义存储的方法实现用户态存储协议栈,使用UIO技术将NVMe设备寄存器映射到用户态,在用户态实现对应的驱动,并使用轮询的方式进一步挖掘存储性能,并对外提供NVMeOF网络存储;通过BIO同步技术、BIO传输技术等,对混合存储缓存层实现双机同步,完成双控混合存储;通过采用NTB技术进行混合存储缓存层的数据同步,使得数据同步更加高效可靠。最后实现了对应的存储管理系统,对外以网页的方式提供服务。。本论文基于国产平台实现了一套高性能、高可靠性的混合介质存储阵列软件。测试结果表明阵列的网络IOPS和吞吐量指标均得到极大的提高,远远超出了现存飞腾平台的存储阵列。
【图文】：

逦第三章总体方案逦逡逑第三章总体方案逡逑依据项目要求对目前现有的先进体系结构进行了全面细致的调研，参照先进逡逑的体系结构，构建了基于混合介质的存储阵列体系架构，完成了体系结构研宄和逡逑总体设计方案。逡逑３．邋１系统结构逡逑本项目提出一种双控制器混合存储阵列架构，从核心控制器到网络接口实现逡逑了两套硬件冗余互备，为存储阵列提供了可靠的硬件平台支持。方案采用高速逡逑ＰＣＩｅ总线实现内部存储高速互联，提供了邋ＰＣＩｅ和ｊＢＯＤ外部接口，为数据提供逡逑了高性能传输通道。软件层面设计围绕高性能冗余存储、混合存储构建技术、逡逑ＮＶＭｅ邋Ｏｖｅｒ邋Ｆａｂｒｉｃ高性能协议栈等几个混合存储关键技术，构建了一个层次分逡逑明、功能丰富的混合存储软件系统。基于混合介质的存储阵列设计体系架构如图逡逑３．邋１所示。逡逑

逦电子科学研究院硕士学位论文器系统能够及时发现并立即启动接管存储任务，继续系统的存储服务，确保系存储服务不中断，提升了系统的可靠性。逡逑软件方面，基于高效存储协议栈，构建了一套模块化的混合存储软件。通过逡逑高效精简的丨０软件栈技术，可以让网络上的用户通过丨ＳＣＳＩ、ＦＣ或者ＮＶＭｅＯＦ逡逑协议对逻辑存储空间进行高速的访问和存储。并通过ＮＴＢ技术实现双控存储节逡逑点数据备份，提高系统可靠性。逡逑３．邋２软件架构逡逑本系统软件架构如图３．邋２所示，首先基于ＮＴＢ实现双控混合存储，让后通过逡逑ＵＩ０技术在用户态实现存储ＮＶＭｅ协议栈，并对外提供ＮＶＭｅＯＦ和ＩＳＣＳＩ功能，然逡逑后在单机上实现管理配置流程，完成管理模块的开发，最后将两个存储机器资进行整合，，并实现调度抽象以完成对于非双控节点的扩展功能，然后对外提供局的调度和管理。逦逡逑
【学位授予单位】：中国电子科技集团公司电子科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP333;TP311.52

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 尤政;;“软件定义”塑造软件产业新格局[J];金融电子化;2018年07期

2 黎英;余杰;吴丹;王叶茵;张中阳;;软件定义应用于“星融网”的初步构想[J];卫星应用;2019年03期

3 袁志;向雄;;软件定义网络异常流量抑制方法仿真研究[J];计算机仿真;2019年07期

4 肖辰;;软件定义存储的优势及具体实现[J];数字通信世界;2019年09期

5 李嘉麒;孙恩昌;王卓;王金京;张延华;;软件定义无线网络-综述与展望[J];中国电子科学研究院学报;2017年06期

6 无忌;;从“软件定义”产业到“软件定义产业链”[J];高科技与产业化;2017年12期

7 徐康庭;;软件定义网络关键技术及相关问题[J];通讯世界;2018年01期

8 赵世佳;;汽车产业进入“软件定义”时代[J];中国工业评论;2018年Z1期

9 陈建光;王聪;梁晓莉;;国外软件定义卫星技术进展[J];卫星与网络;2018年04期

10 胡端;胡大平;;软件定义视野下提升软件产业竞争力的策略研究[J];测绘地理信息;2018年06期

相关会议论文 前10条

1 陈建光;王聪;梁晓莉;;国外软件定义卫星技术进展[A];2018软件定义卫星高峰论坛会议摘要集[C];2018年

2 闫迪;焦义文;刘培杰;吴涛;史学书;;软件定义测控基带关键技术[A];2018软件定义卫星高峰论坛会议摘要集[C];2018年

3 任勃;张明昆;刘建平;吴涛;胡科飞;;软件定义卫星公共服务平台的设计与实现[A];2018软件定义卫星高峰论坛会议摘要集[C];2018年

4 王竹刚;孙冬雪;周玉婷;;软件定义模拟地面站构架设计[A];2018软件定义卫星高峰论坛会议摘要集[C];2018年

5 赵军锁;吴凤鸽;刘光明;李丹;潘晏涛;;发展软件定义卫星的总体思路与技术实践[A];2018软件定义卫星高峰论坛会议摘要集[C];2018年

6 汪花;;软件定义网络技术在广电监测系统中的应用研究[A];中国新闻技术工作者联合会2017年学术年会论文集（优秀论文篇）[C];2017年

7 严国强;张杰勇;雷鸣;;基于软件定义网络的抗毁网络仿真研究[A];第四届中国指挥控制大会论文集[C];2016年

8 吕争;蔺祥宇;徐明明;麻丽香;朱宇;;一种基于软件定义的通导遥一体化有效载荷架构设计[A];第四届高分辨率对地观测学术年会论文集[C];2017年

9 王玮;吉彦超;陈有梅;张科科;高源;;软件定义卫星硬件模块化设计研究[A];2018软件定义卫星高峰论坛会议摘要集[C];2018年

10 张杰;赵永利;;软件定义移动核心网[A];全国第17次光纤通信暨第18届集成光学学术会议——SDN、网络架构、技术经济和设计权衡专辑[C];2015年

相关重要报纸文章 前10条

1 中国信息通信研究院技术与标准研究所 徐云斌 孟海军 赵星;软件定义光网络迈向何方？[N];人民邮电;2019年

2 谢静;我国软件定义存储和超融合市场增速加快[N];人民邮电;2019年

3 中国工业报记者 孟凡君;苗圩：强化软件定义在新兴领域融合应用[N];中国工业报;2019年

4 沈春蕾 高子越;我国首颗软件定义卫星成功发射[N];中国科学报;2018年

5 谢静;为用户减负是软件定义存储领域新挑战[N];人民邮电;2019年

6 中国信息通信研究院技术与标准研究所 徐云斌 孟海军 赵星;5G时代，软件定义光网络不断进化[N];人民邮电;2019年

7 本报记者 计红梅;软件定义汽车成发展趋势[N];中国科学报;2019年

8 记者 王大鹏 范开元 许晓;2019软件定义卫星高峰论坛在我市举办[N];日照日报;2019年

9 本报记者 许晓 范开元;逸兴壮思飞 蓄力向九天[N];日照日报;2019年

10 时报记者 张文弟;软件定义互连环境时代开启[N];滨海时报;2019年

相关博士学位论文 前10条

1 保金桢;软件定义光电混合数据中心网络关键技术研究[D];国防科技大学;2017年

2 任双印;基于网络演算的软件定义网络服务质量研究[D];国防科技大学;2018年

3 陈嘉成;软件定义无线网络中面向业务的资源管理技术研究[D];上海交通大学;2018年

4 刘宇泽;软件定义光网络资源虚拟化与控制方法研究[D];北京邮电大学;2018年

5 赵婵婵;软件定义网络中若干安全问题研究[D];北京交通大学;2018年

6 李国志;软件定义网络的数据流调度策略研究[D];西南大学;2018年

7 费宁;无线环境下软件定义网络服务质量优化算法研究[D];南京航空航天大学;2017年

8 宋健;基于软件定义的移动网络传输优化研究[D];清华大学;2017年

9 袁斌;云数据中心软件定义网络数据层可生存性保障机制研究[D];华中科技大学;2018年

10 于笑;软件定义星座通信系统关键技术研究[D];东北大学;2017年

相关硕士学位论文 前10条

1 姚杰;软件定义网络中控制器部署策略研究[D];重庆邮电大学;2019年

2 朱叶;基于软件定义存储的OpenStack云平台设计与实现[D];南京师范大学;2019年

3 彭岩;软件定义卫星网络安全增强关键技术研究[D];国防科技大学;2017年

4 白子秋;基于NVMeOF的软件定义存储设计与实现[D];中国电子科技集团公司电子科学研究院;2019年

5 范祖东;基于软件定义车联网的混合式路由协议研究[D];厦门大学;2018年

6 方隽俐;基于软件定义无线传感网络的路由优化分析[D];厦门大学;2018年

7 谢义;基于软件定义网络的Greenplum数据库数据迁移机制研究[D];武汉理工大学;2018年

8 李波;软件定义网络中的网络更新技术研究[D];南京大学;2019年

9 鲁庆河;软件定义网络中多控制器负载均衡技术研究[D];安徽大学;2019年

10 张姗姗;基于软件定义卫星网络的低轨卫星切换策略研究[D];北京邮电大学;2019年

本文编号：2591585