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云计算背景下基于FPGA的文件管理系统与Web缓存的紧耦合研究与分析

作 者: 孔雪
导 师: 祝永新
学 校: 上海交通大学
专 业: 计算机系统结构
关键词: FPGA 文件系统 Web缓存 Web服务器
分类号: TP333
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 67次
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内容摘要


在云计算时代中,用户对于数据的吞吐速度、稳定性和安全性有了更高的要求,然而随着网络服务快速发展,WEB应用系统的数据量不断增加,互联网资源的全球分布日趋分散,在终端用户和网络资源间的“鸿沟”也愈发明显。所以提高WEB应用系统数据存储性能,在用户和数据服务之间建立稳定、快速、高并发的数据通路,提供具有高吞吐率、高可靠性的数据存储系统是十分必要的,也是当前互联网研究领域的前沿方向。分布式文件系统Web缓存机制的研究是当前互联网领域的两个重要研究内容,两者的最终目的是将网络资源融合,拉近与用户间的距离,并最终消除用户与网络资源间的“鸿沟”,然而很少有研究将两者的优势结合起来,提高Web服务器的性能,从而提高服务效能。本论文着重对文件系统和Web缓存机制的融合做了深入的研究,并以现场可编程门阵列(FPGA)为平台做了相应的实践。提出了文件管理系统单元(FMSU,File Management System Unit)及基于FPGA的面向应用的Web服务系统的体系结构,对硬件传输单元(Hardware Transfer Unit)和专用嵌入式文件系统(ASEFS:Application Specific Embedded File System)做了研究和实现。本论文所做工作是探索网络加速的一种思维方式和实现方法,还有许多值得改进的地方,但是设计思想具有一定的借鉴性和启示性,对于高性能Web服务器和FPGA应用的开发都有一定的参考价值。

全文目录


摘要  6-7
ABSTRACT  7-15
第一章 绪论  15-25
  1.1 研究背景  15-16
  1.2 国内外研究现状  16-23
    1.2.1 云计算中的操作系统及文件系统  17-21
    1.2.2 Web 缓存技术的研究  21-23
  1.3 研究目标和主要工作  23
  1.4 文章结构  23-25
第二章 分布式文件系统与WEB 缓存机制  25-39
  2.1 分布式文件系统  25-33
    2.1.1 GFS(Google File System)文件系统  26-29
    2.1.2 HDFS(Hadoop Distributed File System)文件系统  29-32
    2.1.3 KFS(Kosmos Distributed File System)文件系统  32-33
  2.2 Web 缓存机制  33-36
    2.2.1 Cache 设计原理  33-34
    2.2.2 Web 缓存系统的部署  34
    2.2.3 Web 缓存服务器的历史沿革与应用模式  34-35
    2.2.4 Web 缓存的工作机制  35-36
  2.3 分布式文件系统与Web 接入的紧耦合  36-38
    2.3.1 缩短用户与数据之间的距离  36-37
    2.3.2 紧耦合的若干研究方向  37-38
  2.4 本章小结  38-39
第三章 WEB 系统的软硬件协同设计及工作模型  39-57
  3.1 系统构架  39-44
    3.1.1 嵌入式软核处理器(MicroBlaze~(TM))  40-41
    3.1.2 Web 服务处理模块(WPM)  41
    3.1.3 文件管理系统单元(FMSU)  41-42
    3.1.4 寄存器互联(Register Bank)  42
    3.1.5 存储单元  42-43
    3.1.6 其他相关单元  43-44
  3.2 工作模型  44-46
  3.3 Web 系统的软硬件协同设计  46-48
    3.3.1 软件处理及硬件功能模块的设计与划分  47
    3.3.2 软硬件协同设计的实现方法  47-48
  3.4 专用嵌入式文件管理系统(ASEFS)  48-53
    3.4.1 读写驱动函数  49
    3.4.2 开辟数据存储区域  49-50
    3.4.3 格式化File System  50-51
    3.4.4 初始化File System  51
    3.4.5 创建、关闭文件  51-52
    3.4.6 文件读写操作  52-53
    3.4.7 文件的其他操作  53
  3.5 硬件传输单元  53-55
    3.5.1 从DDR 到DDR  53-54
    3.5.2 从DDR 到BRAM  54-55
  3.6 软硬件接口设计  55-56
  3.7 本章小结  56-57
第四章 实验结果分析及性能评估  57-72
  4.1 硬件模块仿真  57-59
    4.1.1 仿真环境  57
    4.1.2 设置激励  57-58
    4.1.3 仿真结果  58-59
  4.2 FMSU 实现结果  59-67
    4.2.1 实验设置  59-60
    4.2.2 实验过程和结果  60-67
  4.3 资源使用率  67-68
  4.4 预期系统的性能评估  68-70
    4.4.1 理论依据  68-69
    4.4.2 系统性能评估  69-70
  4.5 本章小结  70-72
第五章 结束语  72-74
  5.1 主要工作与创新点  72-73
  5.2 后续研究工作  73-74
参考文献  74-77
致谢  77-78
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  78

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 电子数字计算机(不连续作用电子计算机) > 存贮器
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