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分布式共享存储器系统的设计与实现

作　者: 付晓东
导　师: 孙吉贵
学　校: 吉林大学
专　业: 计算机技术
关键词: 分布式共享存储器 LINUX系统消息队列共享内存线程
分类号: TP333
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

本文介绍了作者所设计和实现的一个分布式共享存储器系统。本系统的设计目标是易移植性、易操作性和良好的可扩充性。为了达到易移植性,本系统是在LINUX系统内核之上的用户层实现的;为了达到易操作性,本系统为用户所提供的应用接口同LINUX共享内存机制的应用接口基本相同;为了达到良好的可扩充性,系统采用了多线程结构、吸收了软件流水的思想并使用了组播技术。第一章分析了分布式共享存储器系统同远程过程调用系统、报文传递系统和紧密耦合多机系统相比所具有的易于编程和扩充规模的优点。设计和实现分布式共享存储器系统所需要考虑的一些主要问题,并介绍了当前解决这些问题的一些基本方法。第二章介绍了系统设计需要掌握的一些基本技术,如LINUX共享内存通信机制、消息队列通信机制等。设计了用户接口函数,用户接口函数基本和LINUX共享内存的用户接口函数相同。设计了分布式共享存储器的共享内存段的段表结构、系统的体系结构、分布式共享存储器管理员的结构。管理员是多线程结构的,各个线程之间流水处理用户进程所提交的任务。第三章说明了在系统的实现过程中,需要考虑的首要问题是采用什么样的技术才能达到设计目标。如果系统要具有较好的性能,分布式共享存储器必须具备两个条件:第一,尽量少的占用CPU的处理时间;第二,不同节点之间相互发送的报文应该尽量少。所实现的分布式共享内存管理员的各个线程都是任务驱动的,当没有任务到达时,线程处于睡眠状态;当任务达到时,线程又被自动唤醒。由于所有线程不需要查询任务是否到达,所以尽量少地占用CPU的处理时间。在实现过程中通过适当的报文类型和功能设计,节点之间传送的报文大多数是组播报文,只有少量的点对点报文,充分地利用了组播通信的优点,大大地减少了不同节点之间相互发送的报文数量。本系统实现了一套和LINUX共享内存通信机制基本相同的用户接口函数,熟悉LINUX共享<WP=71>内存机制的用户使用本系统非常容易。提供了一组用户接口函数作为加锁机制,加锁范围是可变长度的,这套加锁机制还集成了弱一致性语义和延迟写更新一致性协议,所以用户简单地利用加锁机制可以设计出具有高度并发性和高效率的应用程序。本章对报文类型和功能设计、用户接口函数、分布式共享存储器管理员的实现进行了详细的介绍。第四章通过对创建一个分布式共享内存段、将一个共享内存段连接到用户的地址空间中、将一个共享内存段从用户的地址空间中分离出去、加锁/解锁和删除一个分布式共享内存段这五个典型功能的执行过程的详细介绍,进一步展现了本系统的功能和实现技术。第五章重点分析了本系统的一致性协议、实现算法、解决设计和实现问题的方法,以及这些方面对系统性能的影响。介绍了本系统改进系统性能的方法,这些方法包括:利用组播技术;采用了灵活的可变长的封锁单位;利用了固定分布管理方法;采用延迟更新策略;采用了多线程技术和使用了软件流水技术。

分布式共享存储器系统的设计与实现

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