分布式网络互斥锁的设计与实现

论文摘要

随着计算机网络的快速发展,分布式应用逐渐成为主流。传统的集中式服务器系统因其固有的,诸如单一故障点、可扩展性差等缺点,越来越制约着网络业务向多元化方向发展,人们也慢慢地转向使用分布式服务器系统。使用分布式系统的好处很多,例如可以实现资源共享、提高系统可靠性、降低商业成本等等。为了满足众多信息服务提供商对高性能、高性价比、高可扩展性的分布式并行服务器系统的需求,我们基于Linux 内核开发了具有自主知识产权的分布式并行文件系统DPFS。DPFS 是一种面向服务器的分布式并行文件系统,在其基础上可以构建分布式并行服务器系统,典型应用就是宽带视频点播（BOD）服务器系统。本文首先讨论了在分布式文件系统设计时面临的几个重要问题,然后给出了DPFS 的总体结构,并介绍了各模块的功能特点。最后重点描述了基于PQ-RW算法的网络互斥锁的设计与实现,包括下面主要内容:DPFS 读写一致性问题、几种典型的互斥算法的分析比较、PQ-RW 算法的描述和实现、网路互斥锁的实现、性能测试和分析。PQ-RW 算法是一种基于优先权队列的具有读写特性的分布式互斥算法。基于该算法实现的网络互斥锁,是DPFS 用来对各个服务器节点中的临界资源实现互斥访问,并作为解决文件读写一致性问题的根本保障。在以只读方式访问文件为主的系统中,能够大大降低并发控制的时间开销和消息量。同时加入了节点失效和加锁进程失效检测机制,使得整个网络互斥锁的容错性能得到极大的改善。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 第二章 分布式文件系统概述
• 2.1 分布式文件系统设计中面临的问题
• 2.1.1 透明性
• 2.2.2 名字解析
• 2.2.3 Cache 管理
• 2.2.4 高可用性
• 2.2.5 可扩展能力
• 2.2 几种著名的分布式文件系统
• 2.2.1 NFS
• 2.2.2 AFS
• 2.2.3 Coda
• 2.3 本章小结
• 第三章 DPFS 总体结构
• 3.1 系统实现目标
• 3.2 DPFS 逻辑结构
• 3.2.1 接口层
• 3.2.2 逻辑层
• 3.2.2.1 目录缓存模块
• 3.2.2.2 副本管理模块
• 3.2.2.3 副本表
• 3.2.2.4 日志模块
• 3.2.2.5 NFS 管理模块
• 3.2.3 支撑层
• 3.2.3.1 节点管理器模块
• 3.2.3.2 分布式通信模块
• 3.3 外部接口
• 3.3.1 内核函数接口
• 3.3.2 系统调用接口
• 3.3.3 用户命令
• 3.4 本章小结
• 第四章 网络互斥锁的设计与实现
• 4.1 DPFS 读写一致性问题
• 4.2 几种典型的互斥算法
• 4.2.1 集中式算法
• 4.2.1.1 算法原理
• 4.2.1.2 算法评价
• 4.2.2 令牌环算法
• 4.2.2.1 算法原理
• 4.2.2.2 算法评价
• 4.2.3 Lamport 算法
• 4.2.3.1 算法原理
• 4.2.3.2 算法评价
• 4.2.4 R-A 算法
• 4.2.4.1 算法原理
• 4.3.4.2 算法评价
• 4.2.5 三类算法的比较
• 4.3 PQ-RW 算法
• 4.3.1 算法的提出
• 4.3.2 读写锁策略
• 4.3.3 优先权规则
• 4.3.4 优先权判定
• 4.3.5 算法实现
• 4.3.5.1 重要定义
• 4.3.5.2 算法描述
• 4.3.5.3 进程的状态转换
• 4.3.5.4 算法的比较和评价
• 4.4 基于PQ-RW 算法的网络互斥锁的实现
• 4.4.1 重要数据结构定义
• 4.4.2 重要函数逻辑
• 4.4.3 外部接口函数定义
• 4.4.4 加/解锁原语
• 4.5 异常情况处理
• 4.6 性能测试
• 4.7 性能分析
• 4.7.1 消息复杂度
• 4.7.2 节点失效容错能力
• 4.7.3 通信可靠性能要求
• 4.8 本章小结
• 第五章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历