动态异构虚拟盘阵及其关键技术研究
发布时间：2020-08-17 09:02
【摘要】：随着微电子技术的进步，微处理器性能、内存速度迅速提高。磁盘I／O受限于机械设备，是计算机系统性能的主要瓶颈。为了缓解I／O瓶颈，并获得有较好性价比的I／O服务，集群虚拟盘阵已成为人们研究的热点。面向日趋多样化和分布化的I／O资源，本文深入研究了集群虚拟盘阵系统，主要创新性工作如下： 针对当今集群I／O子系统研究在动态性和异构性支持方面的不足，本文提出了动态异构虚拟盘阵系统的概念，目标是把异构、分布式的I／O资源，组织成并发、单映像和虚拟的盘阵，获得高效、容错和用户透明的I／O子系统。 针对动态异构虚拟盘阵系统的磁盘设备并行性，本文提出了基于I／O请求并发度指导的盘组划分策略，其核心思想是通过I／O请求的并发度去选择恰当数目的磁盘构成盘组。该策略首先根据RFBO方法确定应用程序I／O请求需要的并发设备数目，即请求并发度；然后通过最大满足与最小满足算法将各盘组的设备进行分配，使盘组的设备数目接近该盘组请求并发度。并发度指导的盘组划分策略的主要目的是为了使系统在盘组一级实现请求并发，并且使盘组的并发性组织具有对请求并发需求的适应性。 针对动态异构虚拟盘阵系统的磁盘设备异构性，本文提出了盘组OSUS(Optimal Stripe Unit Size)选择的NLZP方法。在动态异构虚拟盘阵系统中每个盘组采用数据片化存放数据，其中数据片大小SUS(Stripe Unit Size)是影响系统性能的重要参数。NLZP方法能根据盘组内各设备的产品特性和盘组的负载情况确定出盘组的OSUS，充分发挥异构设备的性能。 针对动态异构虚拟盘阵系统的动态性，本文给出了盘组重组决策的TDO方法；为了减少重组移动开销，本文提出了D／H映射算法：为了提高重组时系统服务的可用性，本文提出了基于负载预测的PBR在线重组策略，综合考虑系统客户端负载和系统处理能力，确定请求的重组速率。PBR是兼顾系统重组时间和系统服务可用性的折衷策略。
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TP303
【图文】：
能的单一磁盘。所谓数据片化技术(DataStriping)是指将多个设备上相同的块构成一个片化组(StripeGrouP)存储数据，如图1.5所示。图中，片化单元(stripeUn林)sUo在第0号设备上，SUm存放在第(mmod的号设备上。我们称N为片化宽度SW(StripeWidih/stride)，即加入片化的磁盘数目，而称片化单元大小为SUS(StripeUnitSize)。如果一个读请求或者写请求需要访问多个SU时，可以将读请求分解成大小为SU的小请求，通过多个设备并发执行来完成该请求，这个大请求执行时间与一个小请求的执行时间基本相当。数据片化技术是经常采用的设备并发数据组织技术。图1.5数据片化技术示意图根据容错方式和数据映射方式，RAID可分为I‘81:RAID一0、RAID一1、RAID一2、RAID一3、RAID一4、RAID一5、RAID一10、RAID一6、RAID一7和EVENPDD等。不同的容错方式有不同的磁盘空间利用率。硬件盘阵的优点:设备性能高、单一性好。上层用户请求访问盘阵时，就像访问本地普通硬盘
图5.1(a)口中在增加一个盘时，负载由各设备均匀5.1(a)白所示)动态重组负载集中在diskl和disk3，备的空间使用不平衡，一个大请求不能尽可能并一定计算量的开销，且不容易被理解。困回困困困困困回困匹匹二二匹匹二二巨巨国国匡匡墓}}}画画画}}}卫〕〕国国国〔〔皿皿廷廷奥奥圈圈{{{区区刃刃巨巨口口口口二二团团二二匡匡二二筐筐皿皿圈圈圈匹匹fff仁仁犷]]]国国国匹匹皿皿区区困困巨巨刃刃匹匹勺勺口口〕，，「「了了匹匹刃刃}}}翌犷犷巨巨歹歹仁仁罗{{{仁仁刃刃}}}二二二巨巨二二口口口口匡匡彗彗巨巨王]]]巨巨互互【【工习习座座至至匡匡鑫鑫圈圈]]]匡匡]]]〔〔国国【【l国国巨巨二二区区多多区区里里巨巨习习里里戮戮匹匹二二【【卫三]]]匹匹皿皿应应亘〕〕〔〔皿〕〕巫巫国国匹匹二二门门二二巨巨丁丁〔〔里:::巨巨国国画画画!!!卫田田口口至二二厕厕厕国国国【【亘刃刃口口困困门门二二巨巨月月「「正二二匹匹刃刃压压习二二亚亚舀舀口口亘亘区区习习区区〕〕网网门门匹匹口口匡匡二二网网]]]『『习习四四二二「「刃二二巨巨口口厂厂门门「「二二加一个盘曰再增加一个盘DDAR方法增加第二次时设备间空间不平衡
图5.3D/H映射中动态扩张两次的数据映射图5.3.4.3算法特点D/H算法有如下优点:第一，每次扩展或收缩，只需要移动一半的数据量，符合动态异构虚拟盘阵系统扩展的移动开销尽量小的原则;第二，映射算法能始终保证数据分布是均匀的，符合空间平衡性原则;第三，无论系统怎么扩展，映射算法具有连续性;第四，通过Hash函数计算存储的物理位置，不需要存储映射表;第五，映射效率高，仅次于Round一robin算法;第六，算法容易理解。D:
本文编号：2795112
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TP303
【图文】：
能的单一磁盘。所谓数据片化技术(DataStriping)是指将多个设备上相同的块构成一个片化组(StripeGrouP)存储数据，如图1.5所示。图中，片化单元(stripeUn林)sUo在第0号设备上，SUm存放在第(mmod的号设备上。我们称N为片化宽度SW(StripeWidih/stride)，即加入片化的磁盘数目，而称片化单元大小为SUS(StripeUnitSize)。如果一个读请求或者写请求需要访问多个SU时，可以将读请求分解成大小为SU的小请求，通过多个设备并发执行来完成该请求，这个大请求执行时间与一个小请求的执行时间基本相当。数据片化技术是经常采用的设备并发数据组织技术。图1.5数据片化技术示意图根据容错方式和数据映射方式，RAID可分为I‘81:RAID一0、RAID一1、RAID一2、RAID一3、RAID一4、RAID一5、RAID一10、RAID一6、RAID一7和EVENPDD等。不同的容错方式有不同的磁盘空间利用率。硬件盘阵的优点:设备性能高、单一性好。上层用户请求访问盘阵时，就像访问本地普通硬盘
图5.1(a)口中在增加一个盘时，负载由各设备均匀5.1(a)白所示)动态重组负载集中在diskl和disk3，备的空间使用不平衡，一个大请求不能尽可能并一定计算量的开销，且不容易被理解。困回困困困困困回困匹匹二二匹匹二二巨巨国国匡匡墓}}}画画画}}}卫〕〕国国国〔〔皿皿廷廷奥奥圈圈{{{区区刃刃巨巨口口口口二二团团二二匡匡二二筐筐皿皿圈圈圈匹匹fff仁仁犷]]]国国国匹匹皿皿区区困困巨巨刃刃匹匹勺勺口口〕，，「「了了匹匹刃刃}}}翌犷犷巨巨歹歹仁仁罗{{{仁仁刃刃}}}二二二巨巨二二口口口口匡匡彗彗巨巨王]]]巨巨互互【【工习习座座至至匡匡鑫鑫圈圈]]]匡匡]]]〔〔国国【【l国国巨巨二二区区多多区区里里巨巨习习里里戮戮匹匹二二【【卫三]]]匹匹皿皿应应亘〕〕〔〔皿〕〕巫巫国国匹匹二二门门二二巨巨丁丁〔〔里:::巨巨国国画画画!!!卫田田口口至二二厕厕厕国国国【【亘刃刃口口困困门门二二巨巨月月「「正二二匹匹刃刃压压习二二亚亚舀舀口口亘亘区区习习区区〕〕网网门门匹匹口口匡匡二二网网]]]『『习习四四二二「「刃二二巨巨口口厂厂门门「「二二加一个盘曰再增加一个盘DDAR方法增加第二次时设备间空间不平衡
图5.3D/H映射中动态扩张两次的数据映射图5.3.4.3算法特点D/H算法有如下优点:第一，每次扩展或收缩，只需要移动一半的数据量，符合动态异构虚拟盘阵系统扩展的移动开销尽量小的原则;第二，映射算法能始终保证数据分布是均匀的，符合空间平衡性原则;第三，无论系统怎么扩展，映射算法具有连续性;第四，通过Hash函数计算存储的物理位置，不需要存储映射表;第五，映射效率高，仅次于Round一robin算法;第六，算法容易理解。D:
【参考文献】
相关博士学位论文 前1条
1 戴华东;并行分布操作系统共享存储管理及其优化技术的研究[D];国防科学技术大学;2002年
本文编号：2795112
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