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高性能iSCSI系统的设计与实现

作 者: 彭聪
导 师: 李俊
学 校: 南京航空航天大学
专 业: 计算机应用技术
关键词: 网络存储 iSCSI Initiator端 Target端 缓存机制
分类号: TP333
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 62次
引 用: 0次
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内容摘要


随着数字信息技术的快速发展,数据信息呈爆炸性增长,促使以网络为中心的存储技术迅速发展。研究基于iSCSI协议的网络存储技术,是当前存储领域的一大热点。构建基于iSCSI协议的iSCSI存储系统已经成为网络存储的重要解决途径。现在关于iSCSI技术的研究,大多是理论研究和协议层次的分析。本文则主要针对iSCSI技术的另外一个重要研究领域:缓存机制的改进。本文的创造性研究成果主要有:(1)对影响iSCSI系统性能的各种因素进行了详细的测试,对于实验现象,依据实验所得的数据进行了仔细的分析;(2)设计并实现了一种哈希表缓存机制。在缓存中,运用哈希技术实现快速定位,利用哈希表项中存储的链头指针来链接一个数据链表,通过探测性的自适应置换算法进行缓存块的置换,并及时进行数据同步。该缓存机制主要应用于Target服务器端的存储空间特别巨大的iSCSI存储系统中,明显地加快了命令的响应速度;(3)设计并实现了一种映射表缓存机制。在缓存中,建立一张缓存区中的缓存块地址与磁盘阵列中的磁盘块地址一一对应的映射表,运用映射表技术,以O(1)的效率实现快速定位,找到对应的缓存块,利用使用频率最低置换算法进行缓存块的置换,并及时同步数据。该缓存机制主要应用于Target服务器端的存储空间不是特别巨大的iSCSI存储系统中,显著的缩短了命令响应时间;(4)基于哈希表缓存机制和映射表缓存机制,提出并实现了一种新的以减少iSCSI系统中Initiator端服务器直接访问Target端存储设备次数的、高性能的iSCSI存储系统。该系统依据Linux内核的层次结构,将Initiator和Target进行分层设计,并嵌入到Linux内核中。经测试表明,优化后的iSCSI系统提高了系统的IOPs和MBPs,极大地提高了iSCSI系统的整体性能;(5)提出了一个iSCSI系统的应用实例,将iSCSI技术应用于数字化图书馆,并提出了具体的存储解决方案。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-12
第一章 绪论  12-15
  1.1 课题来源  12
  1.2 iSCSI 相关背景  12-13
  1.3 iSCSI 研究状况  13-14
  1.4 主要内容和结构  14-15
第二章 iSCSI 技术  15-35
  2.1 网络存储  15-19
    2.1.1 存储解决方案  15-17
    2.1.2 DAS、NAS 和SAN 的比较  17-18
    2.1.3 iSCSI 出场  18-19
  2.2 SCSI 协议  19-20
  2.3 iSCSI 协议分析  20-28
    2.3.1 iSCSI 与IP 网络的关系及其层次结构  20-22
    2.3.2 命名规则和发现机制  22-23
    2.3.3 多TCP 连接与会话机制  23-25
    2.3.4 错误类型与恢复机制  25-27
    2.3.5 实现方式  27-28
    2.3.6 安全机制  28
  2.4 登录操作或文本操作关键码  28-30
  2.5 iSCSI PDU 格式与操作码含义  30-34
  2.6 本章小结  34-35
第三章 iSCSI 系统核心技术的分析与优化  35-51
  3.1 iSCSI 系统的性能测试与分析  35-40
    3.1.1 测试环境与数据  35-37
    3.1.2 测试数据分析与结论  37-38
    3.1.3 影响iSCSI 系统性能的其它因素分析  38-40
    3.1.4 影响iSCSI 系统性能的因素综述  40
  3.2 基于Linux 环境下iSCSI 的性能研究  40-43
    3.2.1 iSCSI 读写过程分析  40-42
    3.2.2 测试与分析  42-43
  3.3 iSCSI 系统核心技术的优化  43-50
    3.3.1 缓存机制的总体结构  43-44
    3.3.2 哈希表缓存机制的设计与实现  44-48
    3.3.3 映射表缓存机制的设计与实现  48-50
    3.3.4 高效缓存系统的实现方式  50
  3.4 本章小结  50-51
第四章 优化的iSCSI 系统设计与实现  51-75
  4.1 总体设计  51-52
  4.2 基于Linux 的iSCSI 框架  52-56
    4.2.1 iSCSI 框架  52-53
    4.2.2 主要数据结构  53-54
    4.2.3 iSCSI 接口层  54-56
  4.3 iSCSI Initiator 端的实现  56-61
    4.3.1 Initiator 端的工作原理  56-57
    4.3.2 主要线程  57-58
    4.3.3 Initiator 的具体实现  58-61
    4.3.4 Initiator 端的工作流程  61
  4.4 iSCSI Target 端的实现  61-66
    4.4.1 Target 端的工作原理  61-62
    4.4.2 主要线程  62-63
    4.4.3 Target 的具体实现  63-65
    4.4.4 Target 端的工作流程  65-66
  4.5 主要API 函数  66-68
    4.5.1 Target 端的API 函数  66-67
    4.5.2 Initiator 端的API 函数  67-68
  4.6 iSCSI 系统测试  68-72
    4.6.1 测试内容与环境  68-69
    4.6.2 测试结果和分析  69-72
  4.7 数字化图书馆应用实例  72-74
    4.7.1 综述  72-73
    4.7.2 数字化图书馆的存储系统  73-74
    4.7.3 数字化图书馆的存储方案  74
  4.8 本章小结  74-75
第五章 总结与展望  75-77
参考文献  77-81
致谢  81-82
硕士期间科研成果以及发表的学术论文  82

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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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