网络磁盘阵列存储系统实现与优化

发布时间：2020-05-08 08:42

【摘要】：随着信息技术飞速发展，，专业存储领域提出了高容量、高可靠性、高性能、网络化的新要求。本文以嵌入式Linux操作系统为基础，针对以上情况实现并优化了网络磁盘阵列存储系统。从磁盘控制器驱动程序、RAID、文件系统、缓存管理及网络子系统几个层面阐述了侧重解决的问题及实现方法，内容如下：第一，通过层次化的思想和指令转换的方式，将Linux2.6.10内核的SATA控制器驱动移植到MARVELL 88SX6081磁盘控制器上，并增加对硬盘状态控制以及指令队列等功能的支持。第二，在RAID实现中，通过整合逻辑卷管理器改进了原磁盘阵列管理不够灵活的缺点；同时根据本平台特性对现有日志文件系统测试比较，解决了专业存储领域中嵌入式Linux文件系统选择问题；最后从以下两个方面对RAID 5进行优化：首先通过处理器的应用加速单元优化异或运算性能，其次从缓存管理角度对数据的读、写及校验提出一套可行方案。第三，研究多级后备缓存管理策略，利用区域LRU策略和ping-pang缓存的方式，解决了其在本文环境中缓存效率低的问题；通过将缓存分区分布到每个磁盘，消除了仅使用一个磁盘分区作为缓存时写操作性能瓶颈；使系统中缓存分区以镜像方式工作，解决了缓存分区所在磁盘损坏后，脏数据无法恢复的不足。最后，由于Linux磁盘缓存和TCP／IP协议栈发送缓存可采用页面映射方式，避免数据在内核空间和用户空间中不必要的复制。在此基础上本文采用数掘预取的缓存策略，将网络子系统和磁盘子系统进行整合，在一定程度上减少了处理器占用率，提高了网络数据传输性能。
【图文】：

体系结构图,体系结构

硬盘在容量、存取速度及可靠性方面都得到了很大提高，但这仍然它硬件的发展要求，使其成为计算机系统中的一个瓶颈。为了解决系统要求，1987年美国加州大学伯克利分校的D.A.Patterson教授等人提出了(RedundantArrayoflnexpensiveDisks，简称RAID)的方案。RAro将磁盘阵列，应用层写入的数据通过RAD控制器分成多个数据块，然后;在读取数据时，RAID控制器并行读取分散在磁盘阵列中各个硬盘上新组合后提交应用层。由于采用并行读写操作，从而提高了存储系统的存AID还可以采用镜像、奇偶校验等措施，来提高系统的容错能力，保证网络存储技术的快速发展，存储方式逐渐从“集中式”趋向“分布化”的直接连接存储(DAS，DireetAttaehedStor铭e)方式由于其扩展性差，束等原因，己经不能满足实际需求。与此同时，随网络技术应运而生网sNetworkAttachedStorage)的和区域网络存储(SANStorageAeraNetwo涌现出来，并将以非常快的速度代替众多的以服务器为中心的存储方式【

体系结构图,体系结构,存储设备

AS是真正即插即用的产品，并且物理位置灵活，可放置在本地工作组接的远程，具有非常好的可扩展性。NAS可以很经济地解决存储容量不由于高度依赖于网络，如果网络中上传输的过量的数据数据，将产生网络响NAS的性能，所以，其性能局限性之一是网络传输数据的能力。对于言，它必须使用专用的宽带网段;如果网络带宽需求超过千兆以太网，就储解决方案。图2所示，区域网络存储(SAN)通常指多台互连主机通过光纤通道连接网络。SAN的一个概念是允许存储设备和服务器之间建立直接的光纤连实现只受光纤线路长度限制的集中式存储。SAN可在服务器间共享，也可所专有，既可以是本地的存储设备也可以扩展到地理区域上的其他地方。是存储接口，所以是与传统网络不同的一种网络，常常被称为服务器后N解放了存储设备，使其不依赖于特定的服务器总线，而将其直接接入存储被外部化，其功能分散在整个组织内部。SAN还支持存储设备的集，使其管理更加容易。但是不足之处在于，这种集成了服务器、存储系统用模式提供的高性能前提是巨大的前期投资，和后期维护成木的增加。
【学位授予单位】：解放军信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TP333

【引证文献】