通用磁盘阵列RAID性能分析及优化

发布时间：2017-04-08 03:23

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【摘要】：随着社会经济的高速增长和计算技术迅猛发展,低速的磁盘存取技术难以满足用户的巨大数据处理需求,这使得云存储技术得以快速发展。为提升存取的效率,目前基于磁盘阵列的服务器大多采用RAID技术。RAID技术在一定程度上提升了I/O操作效率,提高了存储系统的性能。在RAID的基础上如何优化系统,使其尽可能的提升数据的处理能力,成为了存储系统研究重点。RAID技术是将磁盘进行虚拟化的处理,数据还是处在于磁盘中,磁盘与系统间存在着重复频繁的I/O操作。低速的机械运动进行的数据处理会极大拉低I/O性能,增加CPU的开销。为提升系统的整体I/O处理效率,采用缓存系统对RAID读写性能进行优化。在对RAID中的数据进行读操作的过程中,存在数据块读取滞后问题。通过数据内部结构分析,是由于数据结构单一,无法有效充分利用所致。为此增加缓存空间数据优化。该策略的核心是首先将数据块头BH保存在cache中,在处理I/O时,将数据通过内存中的缓存数据直接进行数据交互,从而提升数据的读操作访问能力。通过测试分析,表明缓存系统的读请求在数据条带、RAID块或进程等多个方面均有显著提升。在进行写性能操作时,存在着小块数据写性能的问题。通过内核代码的研究分析发现,小数据块在写时会不停的寻道,并且存在I/O等待现象。为此缓存中采用延时写优化RAID写性能。该延时策略的核心是首先将小数据保存在缓存中,然后将小数据聚合成大的数据块,进行数据回刷,将其回刷进RAID,减少数据回写次数。将数据的校验和数据读写进行分离,用以消除I/O的等待时间,从而将提升数据的写性能。通过测试分析,写缓存策略对小数据块的处理能起到了很好的作用,写性能优化良好,合理高效的解决了小数据性能低下的问题。
【关键词】：RAID 缓存策略 自旋锁 I/O访问
【学位授予单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题背景9-10
• 1.2 RAID技术概况10-13
• 1.3 本文的研究内容和结构组织13-15
• 2 RAID原理及其优化技术15-31
• 2.1 RAID基础15-24
• 2.1.1 内核RAID技术简述15-16
• 2.1.2 RAID技术实现16-24
• 2.2 系统请求处理过程实现24-28
• 2.2.1 文件系统映射流程24-25
• 2.2.2 内核请求处理流程25-28
• 2.3 缓存系统设计28-30
• 2.4 本章小结30-31
• 3 RAID读请求优化原理31-43
• 3.1 内核请求处理过程31-33
• 3.2 读请求的原理设计33-40
• 3.2.1 页面置换过程实现33-35
• 3.2.2 数据结构优化35-36
• 3.2.3 读请求实现原理36-40
• 3.3 本章小结40-43
• 4 RAID写请求优化原理43-55
• 4.1 内核写请求优化实现43-46
• 4.1.1 内核请求策略43-45
• 4.1.2 内核请求实现45-46
• 4.2 写请求的原理设计46-49
• 4.3 断电保护及自旋锁实现49-53
• 4.3.1 断电保护设计49
• 4.3.2 读写锁自旋锁实现49-53
• 4.4 本章小结53-55
• 5 性能测试及其结果分析55-63
• 5.1 测试环境55-57
• 5.2 测试方案57
• 5.3 测试结果分析57-61
• 5.4 本章小结61-63
• 6 全文总结63-65
• 参考文献65-71
• 附录71-75
• 作者攻读学位期间发表学术论文清单75-77
• 致谢77-78

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本文编号：291981