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基于光纤通道的SCSI目标器的设计与实现

2020-12-28阅读(793)

基于光纤通道的SCSI目标器的设计与实现

论文摘要

光纤通道协议是一种分层的串行连接的标准,集成了网络和通道的存储标准,在服务器和存储设备间实现了高速的数据传输,在光纤通道上既可以传送IP数据包,也可以传送SCSI CDB（命令描述块）。其优点是传输速率高、连接设备多、传输距离远、通信开销小、传输可靠性高等,这些优点使得FC适合存储系统中的数据交换,被大量用于SAN。FC-SAN中采用建立在主机上的分布式文件系统,用户可以直接对存储设备上的数据块操作。FC-4层我们采用FCP-4协议,它是ULP层的SCSI的映射协议。SCSI系统采用C/S（客户-服务器）模型。受现代信息技术等各种技术进步的推动,现代企业或者个人的数据信息量正在持续地增长,存储系统面临着巨大的挑战。随着网络存储数据量的增大,服务器的性能变得越来越强大,并配置了更大的RAM和Cache以处理大量的来自网络的访问请求。另外,目前磁盘容量和性能增长之间的差距是越来越大,容量和性能的增长速度比接近6:1,而且磁盘性能的增长速度也远远低于RAM和CPU的性能增长速度。由于FC-SAN网络存储系统的性能瓶颈主要在存储设备的存储子系统,因此需要研究新的I/O存取机制改进设备性能。本文首先介绍了FC协议的层次结构、拓扑结构、端口类型和地址等,对FCP协议与SCSI协议的映射关系进行了分析,也对FCP-SCSI协议的信息单元进行了详细的介绍。然后本设计从不同协议层中选择合适的标准（即SBC协议、SPC协议、SAM协议、FCP协议标准）,设计基于光纤通道的SCSI目标器架构方案并实现了各个功能模块。实现的SCSI目标器能够划分I/O操作中数据量的大小,并按照大小进行不同的操作。大数据量的文件读写操作存取物理磁盘而小数据量的文件读写操作则对RAMLU进行操作。RAMLU是基于PC服务器的RAM实现的。目标器能够模拟设备服务器接收并处理来自客户端的SCSI命令,以及模拟任务管理器的基本功能,并进行读写数据操作以及完成一些管理功能等。最后根据设计方案搭建整个FC-SAN系统环境,并详细测试目标器的性能。实验结果显示,基于这种I/O存储方式的的FC-SAN的最大存取速率可以接近线速。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 引言
  • 1.1 网络化存储技术
  • 1.1.1 DAS 和SAN 的比较
  • 1.1.2 SAN 和NAS 的比较
  • 1.2 网络存储的国内外研究
  • 1.3 本课题的研究内容与目标
  • 1.4 本课题的内容安排
  • 第二章 SCSI 体系结构
  • 2.1 SCSI 目标器模型
  • 2.2 SCSI 目标器的命令模型
  • 2.2.1 SCSI 任务管理
  • 2.2.2 SCSI 状态
  • 2.3 命令描述块（CDB）
  • 2.4 SCSI 命令集
  • 2.4.1 块设备读操作
  • 2.4.2 块设备写操作
  • 2.5 小结
  • 第三章 光纤通道协议
  • 3.1 光纤通道基础
  • 3.1.1 光纤通道的拓扑结构
  • 3.1.2 光纤通道的端口类型
  • 3.1.3 光纤通道的端口地址
  • 3.1.4 光纤通道的内在操作原理
  • 3.2 链路服务协议
  • 3.2.1 FCP 链路级协议
  • 3.2.2 链路参数协商阶段
  • 3.2.3 进程登录阶段
  • 3.3 FCP-SCSI 协议
  • 3.3.1 SCSI 与FCP 协议
  • 3.3.2 FCP IU 的使用和格式
  • 3.4 差错检测与恢复
  • 3.4.1 交换层错误检测
  • 3.4.2 序列层错误检测
  • 3.4.3 FCP-SCSI 对于所有服务类型的差错检测
  • 3.4.4 用于错误恢复的命令
  • 3.5 本章小结
  • 第四章 基于光纤通道的SCSI 目标器设计
  • 4.1 基于光纤通道的SCSI 目标器的总体设计概述
  • 4.1.1 光纤通道目标器总体设计方案
  • 4.1.2 FC 目标器各子模块功能简述
  • 4.2 前端虚拟FCP 端口模块
  • Port 函数模块'>4.2.1 FCPPort 函数模块
  • ELS 函数模块'>4.2.2 FCELS 函数模块
  • CT 函数模块'>4.2.3 FCCT 函数模块
  • 4.2.4 FrameEngine 函数模块
  • 4.3 中端FCP 协议处理模块
  • CMND 帧处理'>4.3.1 FCPCMND 帧处理
  • DATA 帧处理'>4.3.2 包含数据的FCPDATA 帧处理
  • 4.4 目标器I/O 操作模块与I/O 子系统
  • 4.4.1 FCP-SCSI 读操作
  • 4.4.2 FCP-SCSI 写操作
  • 4.5 目标器配置模块
  • 4.5.1 存储资源的申请和映射机制
  • 4.5.2 逻辑卷单元的信息管理
  • 4.6 异常及差错处理模块
  • 4.6.1 后台备份线程
  • 4.6.2 感测数据的返回过程
  • 4.6.3 FCP 命令丢失或数据丢失
  • 4.7 小结
  • 第五章 基于光纤通道的目标器的实现与性能测试
  • 5.1 接口与具体实现
  • 5.1.1 系统模块接口
  • 5.1.2 模块接口
  • 5.1.3 数据结构
  • 5.3 测试平台及测试环境
  • 5.3.1 系统测试配置方案
  • 5.3.3 测试工具介绍
  • 5.4 测试过程及结果分析
  • 5.4.1 测试步骤
  • 5.4.2 测试结果
  • 5.4.3 数据分析
  • 5.5 本章小结
  • 第六章 结束语
  • 6.1 本文的工作
  • 6.2 下一步需要做的研究
  • 致谢
  • 参考文献
  • 攻硕期间取得的研究成果

    • 相关论文文献

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