存储服务器中快照模块的设计与实现

论文摘要

近年来,计算机网络的迅速发展使得越来越多的信息被数据化。传统的存储系统已经不能满足企业对存储系统高可靠性,可扩展性和安全性的要求。在这种情况下,出现了存储区域网络（SAN）。它一方面能为网络上的应用系统提供丰富、快速和简便的存储资源,另一方面又能共享存储资源并对其实施集中管理,成为当今理想的存储管理和应用模式。在基于SAN的存储服务器中,快照模块是其最核心的组成部分,占据十分重要的地位。作者所在公司一直专注于SAN的相关技术,并开发了核心产品-基于SAN的存储服务器。作者参与了该产品的研发工作,并在其中主要负责快照这个关键核心模块的开发。在项目的研发期间,作者对SAN的相关技术以及问题进行了细致的研究,在探讨基于SAN的存储服务器的体系结构的基础上,对其中的快照功能的需求和主流实现技术进行了深入分析,完成了快照这个核心模块的设计与实现,并在此基础上完成了本文。本文首先简单介绍了存储区域网的核心概念、组成要素以及相关的RAID级别,说明了存储服务器的软件架构和主要组成模块:接着重点讨论了现有的快照实现技术,分析了快照模块中的相关技术难点,并结合公司客户的需求阐述了快照模块的设计和实现。然后对快照模块的功能实现和实际运行性能做了初步的测试和分析,重点集中在快照模块对于主卷读写性能的影响程度。最后,分析了快照模块存在的优缺点,并对如何改善缺点和今后如何利用快照技术进行开发的后续功能实现做了一些初步的探讨。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第一章 绪论
• 1.1.研究背景
• 1.2.研究内容
• 1.3.论文的组织结构
• 第二章 网络存储的相关概念简介
• 2.1.存储技术的现状
• 2.1.1.网络附属存储
• 2.1.2.存储区域网络
• 2.1.3.SAN与NAS的比较
• 2.2.存储区域网络的构成要素
• 2.2.1.SAN互联协议
• 2.2.2.SAN硬件
• 2.2.3.SAN软件
• 2.3.磁盘阵列
• 2.3.1.磁盘阵列介绍
• 2.3.2.RAID的概念
• 2.3.3.RAID的级别
• 2.4.磁盘组与逻辑磁盘
• 第三章 存储服务器系统概述
• 3.1.系统整体构成
• 3.2.系统核心模块概述
• 第四章 快照模块的设计与实现
• 4.1.传统磁盘数据备份方案的缺点
• 4.2.快照的基本概念
• 4.3.主流的快照实现思路
• 4.3.1.写时复制（Copy on Write）技术
• 4.3.2.增强的写时复制技术
• 4.3.3.写时重定向技术
• 4.4.快照模块的整体设计
• 4.4.1.基础技术
• 4.4.2.元数据的存放与保护
• 4.4.3.快照卷的新旧
• 4.4.4.搜索表
• 4.5.快照模块的主要算法
• 4.5.1.主卷创建算法
• 4.5.2.快照卷创建算法
• 4.5.3.快照空间扩展算法
• 4.5.4.快照写操作算法
• 4.5.5.快照删除算法
• 4.5.6.重建搜索表算法
• 4.5.7.快照卷回滚算法
• 4.5.8.判断物理单元是否共享算法
• 4.6.快照模块的核心数据结构
• 4.6.1.卷的数据结构
• 4.6.2.物理空间的数据结构
• 4.6.3.映射表的数据结构
• 4.6.4.元数据内存区域管理的数据结构
• 第五章 实际性能测试分析
• 5.1.测试分析的目的
• 5.2.测试内容
• 5.3.功能测试
• 5.3.1.测试工具介绍
• 5.3.2.测试环境
• 5.3.3.测试内容和步骤
• 5.3.4.测试结果
• 5.4.性能测试
• 5.4.1.测试工具介绍
• 5.4.2.测试环境
• 5.4.3.测试结果分析
• 第六章 总结与展望
• 6.1.模块的优点
• 6.2.模块的缺点
• 6.3.基于快照的后续功能开发
• 参考文献
• 致谢