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基于FC的磁盘阵列的研究与设计

作　者: 胡泉波
导　师: 白金平
学　校: 电子科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 光纤通道磁盘阵列存储协议存储区域网络
分类号: TP333.35
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 53次
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内容摘要

磁盘阵列是存储数字化信息的载体,也是构成存储区域网络(Storage Area Network,SAN)的基本单位。SAN是网络存储技术发展的最新成果,是以太网中的大型专用存储网络。它为数字化信息的存储提供平台,专门用于数据的集中存储和管理,具有数据访问速率快、数据容量大、兼容性强的特点。本文的研究对象是基于光纤通道协议(Fiber Channel Protocol,FCP)的磁盘阵列,对其中的双控制器的配合、仲裁环的建立、FC协议的实现等进行研究分析,并对关键问题的设计方案进行优化。旨在提高磁盘阵列的读写速率,为SAN优越性能的发挥提供有力的支持。本文主要是根据FC协议的规范和网络存储技术的基本原理,提出了一种控制器存储软件的设计方案,并分析了FC仲裁环路的建立过程及特性。FC协议是一种广泛使用的高速数据传输协议,它是SAN底层的数据传输以及磁盘阵列中的数据存储的标准,并为存储网络提供了交换结构和仲裁环两种拓扑结构。本文中SAN的FC设备的组网采用交换拓扑结构,而磁盘阵列中硬盘的连接则采用仲裁环结构。在存储网络的FC设备中,磁盘阵列设计了专用的磁盘控制器,用于处理服务器对存储空间的管理和读写请求。在磁盘阵列控制器的存储软件中,本文根据有限状态机原理,设计了FC-2层端口状态机方案;对CACHE模块的顺序预读取策略进行了优化;在镜像模块设计主机多路径方案;针对故障磁盘导致环路无法建立的问题,设计了故障盘检测方案。基于上述的设计方案,采用华为赛门铁克公司的NEXT系列磁盘阵列、DELL R610服务器与思科的MDS9000系列FC交换机共同组成SAN存储网络对设计方案进行验证并测试性能。通过验证表明,磁盘阵列的IO读写速率接近3.398Gbps,距离目标速率3.5 Gbps还有改进空间。通过对动态顺序预读取策略的验证,优化后CACHE顺序读取方案对IO读写性能有一定的提高(13Mbps),方案还有待于改进。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-15
  1.1 研究背景  10-11
  1.2 磁盘阵列的研究现状  11-13
  1.3 研究内容及创新点  13-14
  1.4 本文结构  14-15
第二章网络存储技术基础  15-26
  2.1 现代存储技术  15-18
    2.1.1 现代存储的分类  15-16
    2.1.2 存储区域网络  16-18
  2.2 FC 关键技术  18-26
    2.2.1 FC 协议模型  18-22
    2.2.2 FC 拓扑结构  22-24
    2.2.3 FC 端口类型  24-26
第三章系统分析与设计  26-31
  3.1 需求分析  26-28
    3.1.1 总体需求  26-27
    3.1.2 技术指标  27-28
  3.2 总体设计  28-31
    3.2.1 系统总体结构  28-29
    3.2.2 传输协议及拓扑结构  29-31
第四章 FC 磁盘阵列硬件平台设计  31-36
  4.1 硬件平台结构  31-32
  4.2 控制器设计  32-33
  4.3 磁盘框设计  33-35
  4.4 辅助硬件平台设计  35-36
第五章控制器存储软件设计  36-61
  5.1 存储软件总体设计  36-37
    5.1.1 系统平台  36-37
    5.1.2 软件层次  37
  5.2 管理模块  37-42
    5.2.1 系统管理子模块  37-40
    5.2.2 设备管理子模块  40-42
  5.3 业务模块  42-54
    5.3.1 前端目标器  42-43
    5.3.2 SCSI 中层  43-44
    5.3.3 镜像模块  44-46
    5.3.4 CACHE 模块  46-49
    5.3.5 RAID 模块  49-50
    5.3.6 FC 驱动设计  50-54
  5.4 后端环路检测方案  54-61
    5.4.1 环路的初始化  54-56
    5.4.2 环路中节点的通信  56-57
    5.4.3 环路无法建立的检测方案  57-61
第六章系统配置及测试  61-70
  6.1 测试工具 IOMeter  61-64
    6.1.1 IOMeter 的预置参数  62-63
    6.1.2 测试结果参数  63
    6.1.3 测试步骤  63-64
  6.2 常见配置场景测试  64-70
    6.2.1 直连双控配置测试  64-66
    6.2.2 单控制器配置测试  66-68
    6.2.3 双控制器配置测试  68-70
第七章总结与展望  70-72
  7.1 全文总结  70
  7.2 工作展望  70-72
致谢  72-73
参考文献  73-76
作者攻硕期间取得的研究成果  76-77

基于FC的磁盘阵列的研究与设计

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