基于存储区域网络的数据可靠性技术研究

论文摘要

全球经济正经历着一场深刻的大变革，这场变革的关键就在于信息的应用。信息正成为最具有活力、最重要的生产要素之一。信息量的激增同时也增加了信息资源管理的难度，给信息的存储和处理带来了巨大的挑战，。存储管理技术的研究得到了普遍的关注，并逐渐成为研究热点。存储硬件技术的发展，使海量数据存储成为可能，也为存储管理技术的发展提供了机遇。借助于存储区域网络(Storage Area Network，SAN)，人均可管理数据量大大超过直接相连存储系统(Dircct Attach Storage，DAS)。存储区域网络的出现，改变了存储系统的管理方式，数据由分散存储到集中存储。在存储能力大幅度提高的同时，数据管理的工作量和复杂度也不断增加，而原有存储管理技术制约着人均可管理数据量的进一步提高。多项调查表明，存储管理技术是限制存储容量进一步发展的瓶颈。存储管理一方面要提高存储资源的利用效率，另一方面要提高人的管理效率，需要将管理员从繁杂的重复劳动中解放出来，提高存储管理软件的智能程度，使其成为存储管理工作的主体。存储系统的自动化管理的研究目标就是提高存储管理系统的智能程度，减少人为干预，降低存储管理工作的难度和强度。 另一方面，数据激增带给企业巨大财富的同时，数据的价值已经远远超过了计算机系统本身的价值，意外的停机或数据损坏会给企业带来巨大的损失。数据灾难造成的经济损失远远大于计算机系统本身故障造成的损失。从911事件之类的恐怖袭击，到停电、硬盘故障等意外事件都会导致数据丢失。为了避免数据损失，已经实现了各种不同的高可靠性技术，包括冗余磁盘阵列(Redundent Array of Incxpcnsivc Disks，RAID)，复制技术等。用户在选择存储系统时，可靠性也正日益成为一个重要的指标。但是目前的数据高可靠性研究还存在以下几个问题：(1)缺乏数据可靠性的准确定义。目前研究存储系统可靠性主要着眼于存储系统中的磁盘阵列或存储子系统的可靠性，而不是其上保存数据的可靠性。海量数据存储管理中，同一磁盘阵列上的数据可能具有不同的可靠性要求，其次，使用不同的备份周期和参数，不同的数据也确实具有不同的可靠性。(2)缺乏统一的可靠性度量标准，尤其是衡量组合容灾方案的方法。各个厂商为用户提供了多种多样的备份技术，并提供了这些方案的设置和使用方法，但是如何评价组合方案的效果仍存在巨大的空白。不同方案涉及到的技术和参数各不相同，也和用户的需求表示方式存在有巨大的差异，急需适用于用户和业界的统一的可靠性度量标准。(3)缺乏智能化的管理系统。备份和恢复是数据管理员最繁重的工作，而且单调乏味，适合计算机来进行管理。定义好恢复规则后，在监测到故障发生后，自治系统自动恢复数据可以加快数据恢复速度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 相关研究情况综述
• 1.2.1 系统可靠性的度量
• 1.2.2 高可靠性存储技术
• 1.2.3 存储管理技术
• 1.3 研究工作概述
• 1.3.1 选题背景
• 1.3.2 本文的主要工作
• 1.3.3 本文的组织
• 第2章 数据可靠性定义及分析模型
• 2.1 相关研究
• 2.2 数据可靠性的定义
• 2.2.1 合并和分割
• 2.3 数据可靠性分析框架
• 2.4 数据可靠性模型的构成
• 2.4.1 数据
• 2.4.2 副本的特征
• 2.4.3 存储设备的特征
• 2.4.4 故障对数据集合的威胁
• 2.5 用户策略
• 2.6 基于XML的模型描述
• 2.6.1 XML语言
• 2.6.2 模型的描述
• 2.7 小结
• 第3章 数据可靠性的度量
• 3.1 相关研究
• 3.2 数据可靠性的分析
• 3.2.1 数据的空间特性
• 3.2.2 数据的时间特性
• 3.3 数据可靠性的度量
• 3.3.1 数据及副本价值的计算
• 3.3.2 数据部分损失的计算
• 3.3.3 海量数据备份及恢复算法
• 3.4 故障的种类及其对数据可靠性影响
• 3.4.1 故障对数据可靠性的影响
• 3.4.2 故障延期发现对数据可靠性的影响
• 3.5 小结
• 第4章 复制技术的性能研究
• 4.1 研究背景
• 4.2 性能测试模型
• 4.3 性能测试工具的设计与实现
• 4.4 测试系统特点及试验
• 4.4.1 实验1—不同复制模式对应用程序的影响
• 4.4.2 实验2—不同实现方式复制性能的比较
• 4.5 存储区域网络的特点
• 4.6 存储区域网络模拟器SANS的实现
• 4.6.1 用户使用接口
• 4.6.2 iSCSI协议的扩展
• 4.6.3 存储模拟节点的实现
• 4.6.4 主机节点的实现
• 4.7 测试实例
• 4.8 小结
• 第5章 复制子系统的设计与实现
• 5.1 系统结构
• 5.2 系统结构和系统特性
• 5.3 系统设计与实现
• 5.3.1 软件模块构成
• 5.3.2 逻辑卷管理及状态转移
• 5.3.3 远程镜像的数据一致性
• 5.4 系统评价
• 5.5 小结
• 第6章 数据可靠性自治系统的设计与实现
• 6.1 相关研究
• 6.2 可靠性方案的自动设计
• 6.2.1 自动设计工具的接口
• 6.2.2 自动设计工具的设计与实现
• 6.3 数据可靠性自治管理
• 6.4 可靠性自治管理系统的实现技术
• 6.4.1 数据访问模式的监视
• 6.4.2 复制过程的监测与处理
• 6.4.3 故障的监测及处理
• 6.4.4 可靠性的评估及计算
• 6.5 小结
• 第7章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者在学期间发表论文及科研情况