基于Linux MD的双控盘阵列数据一致性保障技术研究
发布时间：2021-04-09 14:14
在大数据时代,数据价值显得弥足珍贵,因而对数据存储的可靠性要求变得更加严苛。双控制器盘阵列由于能够提供稳定可靠的数据存储服务而被广泛应用于各个数据中心。在众多双控制器盘阵列结构中,基于Linux MD软件设计的双控制器盘阵列由于其RAID5、6内部设置了条带缓存,很难实施缓存镜像,当双控制器盘阵列同时对同一条带进行数据写入操作时会造成数据/校验不一致性。针对这一问题,设计并实现了一个保证数据一致性的方案。在Linux的MD层构建双控互斥锁进行数据一致性保障,将RAID存储空间按照一定粒度划分为逻辑块,两个控制器以逻辑块为基本管理单位,通过信息交互,按照实际需求协商逻辑块的操作权限,实现数据一致性保障。为了避免以单一数据条带作为一个逻辑块进行划分造成两个控制器通信协商频繁进而影响性能,选择逻辑块的大小为若干个数据条带大小,根据应用环境和RAID容量进行配置。双控制器重构读写同一份磁盘数据,进行冗余操作,不仅降低了系统性能,而且会出现难以预计的结果,所以支持一个控制器进行重构,另一个终结重构线程。根据双控制器的实际负载确定控制器获取实现重构权限的成功与否,在重构过程中实时同步重构信息,实时...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
RAID设备驱动层结构
图 3-2 数据不一致情况的产生示意图写-写操作：当发生控 A 和控 B 需在同一时间对同一条数据条带执行写操作时，由于控 A、控 B 要写入目标条带的数据不同，如控 A 需要将修改后的黑色数据块以及重新计算所得的校验块 1 刷回磁盘，而控 B 也需将修改后的灰色数据块以及重新计算的校验块 2 的数据刷回磁盘，此时位于双控制器的条带缓存中的条带中数据是一致的。然后，控 A 和控 B 会并发地向该条带发出写请求，更新数据，由于数据写请求的不确定性，数据条带中数据的顺序便也具有不确定性，导致写乱序。当出现图 3-2 所示的情况时，控 A 与控 B 写入条带的数据相互覆盖，此时左侧两个数据块属于控 A，而右侧两个数据块属于控 B，使得数据出现紊乱，后果十分严重。进行重构读写操作时，会根据现在的数据块和校验块同步操作重新进行异或计算，并将恢复的出错数据块直接写入磁盘阵列，导致阵列原始数据丢失。读-写操作：当控 A 和控 B 同时对同一数据条带进行读写操作时，过程和写-写操作相似，结果并不完全一样。控制器对数据条带进行写操作后，数据正确写入磁
中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论限释放：控制器正在处理逻辑块时，忽略另一个控制器设置冲突态。等待该逻辑块数据 I/O 操作结束后，清空所予请求成功应答。结：拦截两个控制器的重构操作，检测双控制器的负载构操作权限，终止高负载控制器的重构线程。移：进行重构操作的控制器的负载过大，产生迁移操作另一个控制器根据实时同步信息，重启重构线程，本控束：双控制器更新实时信息，完成重构操作。
【参考文献】：
期刊论文
[1]FC Target的设计与实现[J]. 杨帆,吕烁,文中领. 计算机研究与发展. 2012(S1)
[2]基于Linux的双机热备系统的实现技术[J]. 刘晓洁,黄永佳. 计算机应用研究. 2007(04)
[3]高可用双机容错服务器的研究与设计[J]. 于斌,刘宏伟,崔刚,杨孝宗. 计算机工程与设计. 2006(09)
[4]双机容错方案设计[J]. 武建锋,荆文芳. 电子产品可靠性与环境试验. 2006(01)
[5]磁盘阵列cache数据一致性的研究与实现[J]. 冯丹,熊建刚. 华中科技大学学报(自然科学版). 2005(10)
[6]Heartbeat-Gear:一种新型的实时心跳监测技术[J]. 谢长生,胡庆平,谭志虎. 计算机工程与科学. 2004(05)
[7]双机热备系统的技术研究和具体实现[J]. 姜坚华. 微型电脑应用. 2004(03)
[8]数据校验的实现方法[J]. 李建设. 株洲工学院学报. 2003(05)
[9]iSCSI协议及其Linux下的实现[J]. 任劲,谢长生,李为. 小型微型计算机系统. 2003(07)
[10]高可用系统的技术与应用[J]. 蒋谢彬,李献球. 计算机系统应用. 2003(01)
硕士论文
[1]元数据与数据分类缓存策略研究与实现[D]. 廖雪琴.华中科技大学 2017
[2]双控双活阵列系统数据一致性保障策略研究[D]. 伍星宇.华中科技大学 2017
[3]基于请求类型I/O路径优化研究与实现[D]. 方雪娇.华中科技大学 2015
[4]磁盘阵列双控制器缓存镜像技术研究[D]. 陈学辉.华中科技大学 2013
[5]基于DRBD双控制器磁盘阵列系统控制与管理[D]. 徐鲲.华中科技大学 2013
[6]双控制器RAID系统的研究与实现[D]. 严亮.华中科技大学 2012
[7]基于SAN的RAID控制器的设计与实现[D]. 张翔.电子科技大学 2009
[8]基于共享存储的高可用性系统设计及管理模块实现[D]. 姚杰.华中科技大学 2004
[9]双机容错热备份系统研究与实现[D]. 田灼.哈尔滨理工大学 2003
本文编号：3127768
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
RAID设备驱动层结构
图 3-2 数据不一致情况的产生示意图写-写操作：当发生控 A 和控 B 需在同一时间对同一条数据条带执行写操作时，由于控 A、控 B 要写入目标条带的数据不同，如控 A 需要将修改后的黑色数据块以及重新计算所得的校验块 1 刷回磁盘，而控 B 也需将修改后的灰色数据块以及重新计算的校验块 2 的数据刷回磁盘，此时位于双控制器的条带缓存中的条带中数据是一致的。然后，控 A 和控 B 会并发地向该条带发出写请求，更新数据，由于数据写请求的不确定性，数据条带中数据的顺序便也具有不确定性，导致写乱序。当出现图 3-2 所示的情况时，控 A 与控 B 写入条带的数据相互覆盖，此时左侧两个数据块属于控 A，而右侧两个数据块属于控 B，使得数据出现紊乱，后果十分严重。进行重构读写操作时，会根据现在的数据块和校验块同步操作重新进行异或计算，并将恢复的出错数据块直接写入磁盘阵列，导致阵列原始数据丢失。读-写操作：当控 A 和控 B 同时对同一数据条带进行读写操作时，过程和写-写操作相似，结果并不完全一样。控制器对数据条带进行写操作后，数据正确写入磁
中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论限释放：控制器正在处理逻辑块时，忽略另一个控制器设置冲突态。等待该逻辑块数据 I/O 操作结束后，清空所予请求成功应答。结：拦截两个控制器的重构操作，检测双控制器的负载构操作权限，终止高负载控制器的重构线程。移：进行重构操作的控制器的负载过大，产生迁移操作另一个控制器根据实时同步信息，重启重构线程，本控束：双控制器更新实时信息，完成重构操作。
【参考文献】：
期刊论文
[1]FC Target的设计与实现[J]. 杨帆,吕烁,文中领. 计算机研究与发展. 2012(S1)
[2]基于Linux的双机热备系统的实现技术[J]. 刘晓洁,黄永佳. 计算机应用研究. 2007(04)
[3]高可用双机容错服务器的研究与设计[J]. 于斌,刘宏伟,崔刚,杨孝宗. 计算机工程与设计. 2006(09)
[4]双机容错方案设计[J]. 武建锋,荆文芳. 电子产品可靠性与环境试验. 2006(01)
[5]磁盘阵列cache数据一致性的研究与实现[J]. 冯丹,熊建刚. 华中科技大学学报(自然科学版). 2005(10)
[6]Heartbeat-Gear:一种新型的实时心跳监测技术[J]. 谢长生,胡庆平,谭志虎. 计算机工程与科学. 2004(05)
[7]双机热备系统的技术研究和具体实现[J]. 姜坚华. 微型电脑应用. 2004(03)
[8]数据校验的实现方法[J]. 李建设. 株洲工学院学报. 2003(05)
[9]iSCSI协议及其Linux下的实现[J]. 任劲,谢长生,李为. 小型微型计算机系统. 2003(07)
[10]高可用系统的技术与应用[J]. 蒋谢彬,李献球. 计算机系统应用. 2003(01)
硕士论文
[1]元数据与数据分类缓存策略研究与实现[D]. 廖雪琴.华中科技大学 2017
[2]双控双活阵列系统数据一致性保障策略研究[D]. 伍星宇.华中科技大学 2017
[3]基于请求类型I/O路径优化研究与实现[D]. 方雪娇.华中科技大学 2015
[4]磁盘阵列双控制器缓存镜像技术研究[D]. 陈学辉.华中科技大学 2013
[5]基于DRBD双控制器磁盘阵列系统控制与管理[D]. 徐鲲.华中科技大学 2013
[6]双控制器RAID系统的研究与实现[D]. 严亮.华中科技大学 2012
[7]基于SAN的RAID控制器的设计与实现[D]. 张翔.电子科技大学 2009
[8]基于共享存储的高可用性系统设计及管理模块实现[D]. 姚杰.华中科技大学 2004
[9]双机容错热备份系统研究与实现[D]. 田灼.哈尔滨理工大学 2003
本文编号：3127768
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