基于以太网的存储系统研究
发布时间：2020-11-10 01:23
计算机硬件技术不断发展,计算机系统结构也随之发生了巨大改变。计算机系统的中心正在逐步由传统的CPU,内存和网络向存储系统转移。网络存储系统适应这种要求得到迅速发展。特别是基于以太网的存储系统的出现,使得网络存储系统的大规模普及成为可能。机群系统是当今并行计算的主流结构,在机群系统中通常采用基于SAN架构的网络存储子系统。由于SAN的总拥有成本过高,阻碍了机群系统的普及。因此研究机群环境下的以太网存储系统具有现实意义。 当前的以太网存储系统主要是基于TCP传输协议的iSCSI系统,通过对TCP上的软件iSCSI系统性能的测试和分析,我们发现,TCP传输协议无法很好地适应存储系统应用的特殊需求,使得iSCSI系统传输带宽较低,CPU资源占用较多。传输协议开销过高导致iSCSI系统性能的降低,因此改善传输协议性能有助于提高iSCSI存储系统性能。 为了提高iSCSI传输性能,本文提出了一种新的传输协议HSP。针对以太网环境下的iSCSI存储系统,HSP协议精简了协议层次,直接使用数据链路层提供的服务来发送数据。它使用基于数据组窗口的流量控制方式,使得其可以在一次传输中发送更多的数据。它使用基于定时器的确认和数据包重传,以及定时器的动态调整机制,使得其能有效的防止网络拥塞的发生,使用正向确认和选择性确认使得系统能获得更高的带宽利用率。HSP协议还提供包括身份认证和数据加密的安全机制。 CPN作为一种模型工具,广泛应用在分布式系统,并发系统,以及协议的描述与验证中。为了校验HSP协议的数据传输正确性,我们使用了CPN作为描述HSP数据传输的工具。在使用CPN对HSP数据传输过程建立模型后,我们也使用了软件工具对该模型进行了校验,结果表明,HSP能正确地传输数据。 通过分析Linux操作系统的网络子系统体系结构,我们给出了HSP协议实现的方法,并在Linux上成功地实现了HSP协议。我们对HSP协议实现进行了初步的性能测试和分析,通过与TCP的比较,结果表明HSP协议在网络存储这种大数据量传输的环境下,其性能优于TCP,其网络物理带宽利用率超过90%。同时我们在HSP传输协议上运行iSCSI软件,并对其进行了性能测试,测试结果显示,其性能超过了在TCP上运行的性能。 基于HSP传输协议,我们提出了一种适合机群系统的以太网存储系统。在一个高速的吉比特以太网环境下,连接了多台存储服务器,它们组成一个小型机群系统。这些存储服务器都连接了大容量的磁盘设备,存储服务器通过HSP传输协议和iSCSI将本地硬盘输出给其他存储服务器成为一个可共享的网络磁盘设备,将所有这些网络磁盘设备使用逻辑卷组织成一个单一的虚拟磁盘设备。在虚拟磁盘设备上构建具有全局单一映象的机群文件系统。通过网络文件系统,将机群文件系统输出给外部使用。这种以太网存储系统具有成本低廉,高可扩展,易管理等特点,不仅适合于作为机群系统的存储子系统,也可应用在许多其它领域。
【学位单位】：中国科学院研究生院（计算技术研究所）
【学位级别】：博士
【学位年份】：2005
【中图分类】：TP333
【部分图文】：
第1章 引言 计算机体系结构的变化自从一九四六年世界上第一台电子计算机 ENIAC 诞生以来，在近 60 年的飞速中，计算机硬件技术先后经历了从最初的电子管到晶体管再到集成电路，最后和超大规模集成电路四个阶段[1]。在此过程中，电子器件体积不断缩小，功能，极大地推动了计算机性能的持续改善。著名的摩尔定律指出：“集成电路芯片管数目每 18 个月翻一倍”。图 1-1 给出了微处理器的摩尔定律，图中可以看出，的桌面计算机 CPU Pentium IV 包含多达四千二百万个晶体管[2]。ENIAC 的运算 5000 次每秒，而当今世界上最快的计算机能够在每秒内完成 35 万亿次浮点运ENIAC 的 70 亿倍[3]。
论文：基于以太网的存储系统研究.1 光纤通道光纤通道（FiberChannel）[16,17,18]是由受美国国家标准协会（ANSI）委托的开发的一组集成标准的通用名称。这组标准确定了用于灵活传输信息的新协于介质，并支持同时传输多种不同协议。光纤通道是一种结合传统的通道技术和网络技术的串行互连技术，这使得其可上实现可靠的数据传输。一方面，它利用通道技术的高可靠性和速度优势，它发挥网络的分布广泛的优势，能够将多个设备和服务器连入同一个基于交络中，从而可以突破传统通道的限制，实现存储设备的共享。
图 1-3 InfiniBand 体系结构InfiniBand 的出现改变了原先计算机系统在计算结点互连、网络接口、I/O 接口连标准上的混乱局面，采用一种统一的互连结构将服务器集群系统、存储域网连接起来。同时 IBA 所定义的互连结构独立于处理器平台和操作系统，使得其，可移植性更好。IBA 规范 1.0 版已于 2000 年 10 月正式发布，目前，联盟会员已超过 130 个，各纷纷公布其相关产品计划，一些开发环境及测试产品开始面世。但由于其初期成本太高，它离大规模的应用仍然有一段距离。 文件系统的发展作为计算机系统中信息管理的基础，文件系统在存储系统中具有非常重要的地位件系统的发展不仅仅限于本地的基于磁盘的文件系统，更多的是基于网络的文下面对这些文件系统做简单的回顾。.1 本地文件系统
【引证文献】
本文编号：2877252
【学位单位】：中国科学院研究生院（计算技术研究所）
【学位级别】：博士
【学位年份】：2005
【中图分类】：TP333
【部分图文】：
第1章 引言 计算机体系结构的变化自从一九四六年世界上第一台电子计算机 ENIAC 诞生以来，在近 60 年的飞速中，计算机硬件技术先后经历了从最初的电子管到晶体管再到集成电路，最后和超大规模集成电路四个阶段[1]。在此过程中，电子器件体积不断缩小，功能，极大地推动了计算机性能的持续改善。著名的摩尔定律指出：“集成电路芯片管数目每 18 个月翻一倍”。图 1-1 给出了微处理器的摩尔定律，图中可以看出，的桌面计算机 CPU Pentium IV 包含多达四千二百万个晶体管[2]。ENIAC 的运算 5000 次每秒，而当今世界上最快的计算机能够在每秒内完成 35 万亿次浮点运ENIAC 的 70 亿倍[3]。
论文：基于以太网的存储系统研究.1 光纤通道光纤通道（FiberChannel）[16,17,18]是由受美国国家标准协会（ANSI）委托的开发的一组集成标准的通用名称。这组标准确定了用于灵活传输信息的新协于介质，并支持同时传输多种不同协议。光纤通道是一种结合传统的通道技术和网络技术的串行互连技术，这使得其可上实现可靠的数据传输。一方面，它利用通道技术的高可靠性和速度优势，它发挥网络的分布广泛的优势，能够将多个设备和服务器连入同一个基于交络中，从而可以突破传统通道的限制，实现存储设备的共享。
图 1-3 InfiniBand 体系结构InfiniBand 的出现改变了原先计算机系统在计算结点互连、网络接口、I/O 接口连标准上的混乱局面，采用一种统一的互连结构将服务器集群系统、存储域网连接起来。同时 IBA 所定义的互连结构独立于处理器平台和操作系统，使得其，可移植性更好。IBA 规范 1.0 版已于 2000 年 10 月正式发布，目前，联盟会员已超过 130 个，各纷纷公布其相关产品计划，一些开发环境及测试产品开始面世。但由于其初期成本太高，它离大规模的应用仍然有一段距离。 文件系统的发展作为计算机系统中信息管理的基础，文件系统在存储系统中具有非常重要的地位件系统的发展不仅仅限于本地的基于磁盘的文件系统，更多的是基于网络的文下面对这些文件系统做简单的回顾。.1 本地文件系统
【引证文献】
相关硕士学位论文 前5条
1 王文良;嵌入式TCP/IP协议栈的研究与实现[D];哈尔滨理工大学;2010年
2 孙东哲;车载信息记录仪主板动力学分析及硬盘减振研究[D];中北大学;2011年
3 欧开日;智能网络磁盘存储系统通信协议研究[D];华南理工大学;2010年
4 李朝军;基于以太网的不对称iSCSI协议研究[D];湖南大学;2010年
5 姚远;双控制器磁盘阵列中PCI-e同步通道的优化技术研究[D];华中科技大学;2012年
本文编号：2877252
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