基于SoPC的iSCSI存储控制器设计与优化

发布时间：2020-03-25 03:59

【摘要】： 对象存储兼具块接口存储和文件存储的优点,具有高性能、安全的特点。iSCSI(Internet Small Computer System Interface)存储控制器是对象存储控制器与客户端交互的接口,完成文件到对象的映射及iSCSI协议的解析。为了验证该存储控制器的功能并为今后Xilinx平台的开发移植工作作好铺垫,采用赛灵思ML300开发板搭建了一个原型系统并对系统进行了优化。 采用可编程片上系统和嵌入式Linux架构来实现iSCSI存储控制器。SoPC系统具有设计修改灵活,可定制软硬件功能分界面优化系统性能的优点。使用开发板的FPGA芯片以IP核的形式生成系统的硬件平台。选用Linux操作系统不仅便于内核的修改与裁剪,而且方便上层iSCSI程序的移植。移植开源的UNH_iSCSI程序作为上层应用程序,实现iSCSI的发起端与目标端间的通讯,作为系统的软件模型。 由于TCP层的处理会占用大量的CPU资源,同时增加事务处理的延时。对TCP协议进行了部分卸载,将TCP校验和操作交由硬件核来完成;与此同时,采用了SG-DMA传输模式来加快网卡与内存之间的数据传输。SG-DMA模式能有效减少处理器的中断次数,避免频繁的上下文切换。借助DMA数据对齐引擎能进一步加快DMA控制器的数据访问效率。此外为了提高数据包在内核协议栈中的处理效率,分析了网络协议栈的轻量化技术,并取得了初步成果。
【图文】：

各部分简介如下：(1) OSD 是一个智能设备，包括处理器、RAM 内存、网络接口、存储介质如磁以及运行在其中的控制软件，能够自我管理存储数据。OSD 阵列将对象数据条分布，并利用处理器的计算能力优化数据的分布，实现各 OSD 之间的负载均衡 OSD 中完成对象 ID 到磁盘块的映射。(2) 元数据服务器协调客户机与 OSD 之间的交互，，管理与上层文件系统有关的据，提供完成文件名到对象 ID 的映射等功能。(3) 客户端通过特殊对象协议与元数据服务器以及 OSD 进行交互。客户端如果开一个文件时，首先要连接元数据服务器以获取文件数据在OSD上的位置信息SD 设备号、文件大小、偏移等。(4) 以 Gigabit Ethernet 千兆以太网为基础构建存储网络，其在性能上已接近甚至超过光纤通道构成的存储网络。客户端、OSD、元数据服务器这三方通过互联网络传输命令，收发数据。其中的存放是通过分布式文件系统完成的。OBS 的工作流程如下：

图 1.2 OBS 工作流程图(1) 客户机向元数据服务器发请求(对某一文件的 Open, Close, Read, Write, Create等)。客户端与元数据服务器可通过 RPC(Remote Procedure Call)进行通信，这是一种建立在 UDP/IP 之上的轻量级协议，有利于与元数据服务器的快速交互。(2) 元数据服务器对客户机进行身份验证，并向客户机发送证书(证书描述了 客户机可进行的操作)和与文件有关的元数据。(3) 在 MDS 与 OSD 之间共享密钥以及更新授权信息。(4) 客户机向 OSD 发送连接请求(包含有命令、证书)，OSD 对证书的真伪和完整性进行检查。通过验证后，客户端通过 iSCSI 协议将 SCSI OSD 命令封装在 TCP/IP包中传送给 OSD，实现数据传输。1.3 国内外研究现状及发展SoPC开发技术主要由两大巨头引领：Xilinx和Altera公司。SoPC是基于IP复用的可重构SoC系统。IP复用能够充分利用现有的成熟IP模块[8]，减少开发周期。SoPC系
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TP333

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本文编号：2599356