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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。分布式文件系统和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。
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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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