基于iSCSI存储集群的研究与设计

论文摘要

随着信息飞速增长,高效存储与提高系统的可用性成为亟待解决的问题。为了解决上述问题,本文对基于iSCSI的存储集群系统进行了研究与设计。首先对iSCSI协议进行了研究分析,接下来对存储集群的各种工作模式、存储架构以及关键技术进行了研究,最后根据两者的特点研究了iSCSI协议与存储集群相结合的高性能、低成本的存储解决方案,设计并实现了基于iSCSI存储集群的两个原型系统:iSCSI-SCSNA与iSCSI-SCSSA。在iSCSI方面,重点分析了其协议模型、应用价值。在存储集群方面,首先通过建立双机模式的可用性模型,从理论上论证了双机模式在可用性方面的突出贡献,其次对实现集群的各种关键技术进行了研究与设计。通过给出一种自适应于计算机CPU的新型心跳算法与自检和互检相结合的心跳检测方式来完成对心跳检测模块的设计。故障接管则使用ARP欺骗原理来实现。数据镜像系统工作在LVM之上,是基于卷的复制,它使用同步复制协议实现实时镜像,具体实现时通过设立一个日志区对正在处理的写数据进行保存与管理。对单一映像文件系统进行设计时,主要通过给出锁结构的定义、锁管理的规则来实现分布式锁管理机制。通过各模块的相互协作,最终实现了iSCSI-SCSNA与iSCSI-SCSSA给出的系统目标、软硬件的设计方案。最后对系统性能进行了分析与测试。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.3 本文的研究内容及组织
• 第二章 iSCSI 存储技术
• 2.1 iSCSI 起源
• 2.2 iSCSI 工作模式
• 2.2.1 iSCSI 协议概念模型
• 2.2.2 iSCSI 会话管理
• 2.2.3 命名和寻址
• 2.2.4 iSCSI 命令和响应
• 2.2.5 协议数据单元
• 2.3 iSCSI 应用
• 2.3.1 iSCSI 的实现
• 2.3.2 iSCSI 在网络存储上的应用
• 2.4 小结
• 第三章 基于iSCSI 存储集群的研究
• 3.1 存储集群的分类及其工作模式
• 3.1.1 三种工作模式
• 3.1.2 磁盘镜像存储架构和共享磁盘存储架构
• 3.1.3 可用性建模与分析
• 3.2 存储集群的关键技术研究
• 3.2.1 心跳检测
• 3.2.2 故障接管
• 3.2.3 故障恢复
• 3.2.4 检查点技术
• 3.2.5 数据镜像
• 3.2.6 单一映像文件系统
• 3.2.7 分布式锁管理
• 3.2.8 技术的融合
• 3.3 iSCSI 与存储集群结合
• 3.3.1 可行性
• 3.3.2 优势
• 3.4 小结
• 第四章 iSCSI-SCSNA 的设计与实现
• 4.1 iSCSI-SCSNA 的整体设计
• 4.2 核心模块设计与实现
• 4.2.1 心跳检测模块
• 4.2.2 故障接管模块
• 4.2.3 数据镜像模块
• 4.3 iSCSI-SCSNA 的工作流程
• 4.4 小结
• 第五章 iSCSI-SCSSA 的设计与实现
• 5.1 iSCSI-SCSSA 的整体设计
• 5.2 单一映像文件系统
• 5.2.1 单一映像文件系统设计目标
• 5.2.2 锁结构
• 5.2.3 锁管理与锁定位
• 5.3 iSCSI-SCSSA 的工作流程
• 5.4 小结
• 第六章 系统性能评价与测试
• 6.1 系统性能评价
• 6.1.1 单机模式与双机模式可用度对比
• 6.1.2 iSCSI-SCSNA 与iSCSI-SCSSA 性能比较
• 6.2 系统测试与分析
• 6.2.1 系统测试分类
• 6.2.2 测试环境
• 6.2.3 测试结果与分析
• 6.3 小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文