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基于冗余智能存储通道的存储系统关键技术研究

作　者: 姜明华
导　师: 周敬利
学　校: 华中科技大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: 冗余智能存储通道容错存储系统马尔科夫模型数据布局三角模糊数
分类号: TP333
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

传统基于主机的存储架构已逐渐向网络化发展,计算和存储分离的趋势越来越明显。分布式存储环境下,网络存储系统的容错能力和性能问题成了目前研究的热点之一。引入冗余智能存储通道(Redundant Intelligent Storage Channel, RISC)概念,是为了加强容错存储系统关键技术的研究。为提高IP存储系统的性能,提出了冗余智能存储通道的概念,该通道技术实现了多网卡聚合、故障智能检测和虚拟I/O访问接口,以此减少I/O处理时间,实现提高系统吞吐率和可用性。研究RISC通道提供服务的可用性模型,分析RISC通道服务可用性与通道个数、通道承载的负荷、以及缓冲区大小的相关性；模拟和测试的结果表明它们对服务可用性产生不同影响作用。利用RISC通道技术构建了分布式容错存储系统。该系统的研究基于元数据信息缓存需求,讨论缓存一致性的Lease协议模型；从Lee磁盘阵列模型对应的fork-join模型特征出发,以iSCSI RAIDO-1和iSCSI RAID5为例引出容错存储系统排队模型；以模型参数对应关系具体计算系统响应时间,并得到不同参数影响响应时间的性能曲线,结果表明,控制系统的条带大小可以减少平均响应时间。在Linux开发环境下,Iometer测试工具给出了该系统的性能测试结果。围绕Holland&Gibson指出的理想数据布局的六大特性(单点纠错,校验分布,重构分布,高效映射,大写优化和最大并行),以基本镜像、组轮转分块、交叉分块和链式分块四种磁盘镜像、iSCSI Mirroring数据布局、iSCSI RAID5为例,研究RISC容错存储系统的存储布局对可靠性和存储访问效率的影响。基于数据布局与可靠性关系,提出了几种基于RISC存储系统的性能优化容错数据布局；考虑网络故障条件下,针对双故障容错的性能优化数据布局建立了的Markov可靠性模型,基于这一模型可以容易算出其可靠性。采用模糊数学理论,提出了基于RISC容错存储系统可靠性的时变特性分析方法。该方法建立了markov激励模型,用三角模糊数,分析了两个不同布局iSCSI RAID5和iSCSI RAID5x的容错存储系统可靠性的时间依赖特性。同时,也提出了基于模糊状态假设和概率假设,以四种镜像组织为例,分析了容错存储系统的状态变迁。通过时间抽样估计得到的模拟结果,显示这四种镜像组织的存储系统可靠性差异。通过上述关键技术的研究可以有效地提高存储系统的容错能力,同时也能保持较好的性能优势。对海量存储服务应用具有积极意义。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-20
  1.1 网络存储系统面临的形势  10-11
  1.2 网络存储技术  11-14
  1.3 分布式存储系统及其可靠性  14-16
  1.4 论文的主要工作及论文的内容组织  16-20
2 冗余智能存储通道性能的理论分析  20-40
  2.1 冗余智能存储通道  20-24
  2.2 虚拟网络IO通道的服务可用性模型  24-33
  2.3 参数相关分析  33-36
  2.4 性能分析与测试  36-38
  2.5 本章小结  38-40
3 基于RISC的存储系统响应时间分析与系统实现  40-65
  3.1 系统结构  40-41
  3.2 元数据一致性的Lease模型  41-43
  3.3 系统I/O响应时间分析  43-57
  3.4 系统分析与实现  57-61
  3.5 系统性能测试  61-64
  3.6 本章小结  64-65
4 容错存储系统数据布局与可靠性分析  65-98
  4.1 数据布局与可靠性模型  65-69
  4.2 iSCSI Mirroring数据布局与可靠性分析  69-73
  4.3 iSCSI RAID5数据布局与可靠性分析  73-74
  4.4 基于RISC存储系统的性能优化容错布局设计与可靠性分析  74-96
  4.5 本章小结  96-98
5 基于模糊数学的容错存储系统时变可靠性分析  98-109
  5.1 模糊数学基础  98-99
  5.2 基于模糊数学的存储系统时变可靠性分析  99-105
  5.3 基于模糊状态的存储系统时变可靠性分析  105-108
  5.4 本章小结  108-109
6 结论与进一步的工作  109-112
  6.1 结论  109-110
  6.2 进一步的工作  110-112
致谢  112-113
参考文献  113-122
附录1 攻读学位期间发表的学术论文  122-124
附录2 攻读学位期间的科研情况  124

基于冗余智能存储通道的存储系统关键技术研究

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