嵌入式网络存储服务器的优化研究

论文摘要

网络附属存储系统是一种特殊的专用数据存储系统,在使用、管理、维护上都具有简单、方便、可扩容、大吞吐量等优良的特性,可提供跨平台文件共享功能,是存储机载数据的理想环境。网络附属存储离不开网络文件系统[1],网络文件系统为系统访问提供了非常好的透明性,是网络附属存储系统的一个重要组成部分。本文在分析和总结了网络文件系统NFS及其相关协议的基础上,研究了基于VxWorks实时操作系统环境的NFS服务器的设计实现,并在此基础上对NFS服务器的性能进行了优化,功能进行了完善。具体工作如下:1)详细分析了远程过程调用[2](RPC)和网络文件系统(NFS)的协议标准。其中,对RPC的介绍包括RPC的请求与响应格式、外部数据表示XDR和RPC的端口映射器的概念。对NFS则详细介绍了NFS协议的功能、结构和特性,并重点介绍了NFS文件系统的挂载协议的处理过程。另外,详细分析了实现NFS文件锁使用的网络锁管理协议NLM [3]和网络状态监视协议NSM [4]及两者交互的典型过程。2)分析了实时嵌入式操作系统VxWorks环境及其I/O结构,划分了NFS服务器与客户端的功能,并研究了NFS服务器的设计方案。针对当前NFS服务器实现上性能差的弱点,提出了优化服务器读写性能的方案。另外针对系统对安全性的要求,根据网络网络锁管理协议和网络状态监视协议完整地设计了网络锁管理模块和访问控制模块。3)介绍了软件交叉开发的集成环境Tornado以及在Tornado下生成VxWorks的过程,实现了NFS服务器的读写操作的优化方法,也实现了NFS服务器访问控制功能模块及网络锁管理协议和网络状态监视协议。最后对优化后的NFS服务器进行性能测试和功能测试,通过实验结果证明了VxWorks环境下实现的NFS的高效性和可靠性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究意义
• 1.2 研究背景
• 1.2.1 机载数据存储
• 1.2.2 网络附属存储NAS
• 1.2.3 实时操作系统VxWorks
• 1.3 研究内容及目标
• 1.4 论文结构
• 第二章 网络文件系统 NFS 与 VxWorks 环境
• 2.1 远程过程调用RPC
• 2.1.1 RPC 概述
• 2.1.2 Sun RPC
• 2.1.3 XDR：外部数据表示
• 2.1.4 端口映射器
• 2.2 网络文件系统NFS
• 2.2.1 NFS 的体系结构
• 2.2.2 NFS v3 协议
• 2.2.3 文件句柄
• 2.2.4 Mount 协议
• 2.3 NLM 和NSM
• 2.3.1 NLM 协议与NSM 协议
• 2.3.2 受监视的锁
• 2.3.3 不受监视的锁
• 2.4 VxWorks 环境
• 2.4.1 VxWorks 层次结构
• 2.4.2 VxWorks 的I/O 系统
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于VxWorks的NFS服务器性能优化与功能完善
• 3.1 VxWorks 的开发环境
• 3.1.1 Tornado 开发环境
• 3.1.2 VxWorks 系统生成与引导
• 3.1.3 VxWorks 下的RPC 服务实现原理
• 3.1.4 VxWorks 下的NFS 服务器实现原理
• 3.2 优化 NFS 服务器的策略
• 3.2.1 服务器的多任务并发处理
• 3.2.2 NFS 服务器的读写过程的优化实现
• 3.2.3 文件控制块FCB 的实现
• 3.3 服务器访问控制的设计实现
• 3.3.1 NFS 服务器访问控制的设计
• 3.3.2 NFS 服务器访问控制的实现
• 3.4 网络锁管理模块的设计实现
• 3.4.1 NLM 与NSM 模块的设计
• 3.4.2 NLM 与NSM 程序的实现
• 3.5 本章小结
• 第四章 NFS 服务器测试
• 4.1 NFS 服务器性能测试
• 4.1.1 测试环境
• 4.1.2 测试对象及方法说明
• 4.1.3 测试结果及分析
• 4.2 访问控制功能测试
• 4.3 NLM 和NSM 的功能测试
• 4.3.1 测试说明
• 4.3.2 测试过程及结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文总结
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文