基于网络的高可用性软磁盘阵列

发布时间：2021-01-08 18:41

　　硬磁盘设备是大多数计算机系统中必不可少的二级存储设备。但目前硬磁盘系统的性能因为存在机械结构的限制而发展缓慢。相比之下磁盘技术的发展远远落后于集成电路技术和网络通信技术的发展。RAID系统通过采用并行和冗余容错技术弥补了硬盘设备的不足。但RAID本身的集中式结构也限制了RAID的进一步发展。本文研究了在计算机集群系统中基于网络的软件磁盘阵列系统。通过采用分布式资源和接口，这种系统有可能实现可扩展的、高性能、高可用的存储系统。 本文首先讨论了硬磁盘设备和RAID系统的发展现状以及网络软磁盘阵列所依赖的网络技术和计算机集群技术。并给出了衡量磁盘存储系统性能的两种特性（数据率和I／O率）在各种系统中的情况。 随后本文分析了采用多级容错功能的软磁盘阵列的可靠性。指出因为受软件故障的影响，软磁盘阵列系统至少应采用两级以上的容错措施才能保证高可用性，同时要尽量缩短节点故障恢复时间。 本文还集中介绍了适合于软磁盘阵列系统的多级可擦除编码，包括Reed-Solomon编码、阵列码以及一种快速的2-可擦除编码—EVENODD码。同时介绍了在大规模系统中防止系统瓶颈的均衡校验组方法。 ... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院计算技术研究所)北京市

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

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致谢
摘要
ABSTRACT
第1章 前言
    §1.1 引言
    §1.2 硬磁盘存储设备
    §1.3 廉价冗余磁盘阵列（RAID）
    §1.4 集群技术和基于网络的软磁盘阵列
    §1.5 基于网络的软磁盘阵列的研究现状
    §1.6 本文的工作和贡献
第2章 软磁盘阵列的可用性研究
    §2.1 磁盘设备的可靠性
        §2.1.1 MTBF（平均故障间隔时间）
        §2.1.2 不可恢复数据位错
    §2.2 软磁盘阵列系统的可靠性因素
    §2.3 磁盘阵列系统的可靠性模型
        §2.3.1 单节点的可靠性模型
        §2.3.2 磁盘阵列系绕的可靠性模型
    §2.4 可靠性分析
第3章 磁盘阵列的数据组织方式
    §3.1 一般概念
        §3.1.1 校验组和可擦除编码
        §3.1.2 奇偶校验与镜象
    §3.2 REED-SOLOMON编码
        §3.2.1 编码方法
        §3.2.2 数据恢复
        §3.2.3 编码结构
    §3.3 阵列码
        §3.3.1 二进可擦除编码
        §3.3.2 阵列码
    §3.4 EVENODD编码
        §3.4.1 编码方法
        §3.4.2 数据恢复
    §3.5 均衡校验组
        §3.5.1 均衡校验组
        §3.5.2 链式校验组
第4章 基于网络的高可用性软磁盘阵列的实现
    §4.1 硬件要求
    §4.2 基于网络的软磁盘阵列系统的设备接口
        §4.2.1 NSRAID的虚拟设备接口
        §4.2.2 地址映射
        §4.2.3 并列访问的一致性
        §4.2.4 响应时间和数据持久性
    §4.3 日志信息的维护与软故障的快速恢复
        §4.3.1 日志信息的设计原则
        §4.3.2 日志的工作机制
        §4.3.3 日志信息的数据结构
    §4.3 写同步和写缓冲
        §4.3.1 NSRAID中的小数据I／O
        §4.3.2 基于log的文件系统
        §4.3.3 Parity Logging（校验日志）
        §4.3.4 冗余缓存
    §4.4 相关的工作
第5章 曙光天演双机HA系统中网络镜象磁盘的设计与实现
    §5.1 系统结构和设计目标
    §5.2 网络镜象磁盘的系统设计选择
        §5.2.1 设备接口
        §5.2.2 通信机制选择
        §5.2.3 日志信息结构
    §5.3 系统结构与工作过程
        §5.3.1 系统结构
        §5.3.2 故障与恢复
        §5.3.3 实现情况
    §5.4 测试及结果分析
    §5.5 进一步的工作
第6章 结论
附录1 RAID分类示意图
附录2 MAXSTRAT GEN5 XLE STORAGE SERVER
参考文献
作者简历



本文编号：2965100