存储系统的一种多链路技术研究与实现

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1、1.3本文主要研究工作一条链路是指主机与存储设备之间用于传输数据的连接。理论上讲，整个传输数据过程中所涉及的各个环节都可以实现多链路。但为了提高网络存储的整体性能，就需要分析网络存储I/O机制和流程，明确各个环节之间交互的过程，分析比较实现多链路可行的环节。同时，需要研究实现多链路所带来的性能损失，研究如何利用操作系统资源，包括调度策略，缓存机制来提高多链路传输性能。同时，多链路的实现本身有一些关键问题。如何利用当前的数据结构或设计新的数据结构以表示多链路，如何实现多链路和单链路的兼容，如果实现多链路的灵活配

2、置，如何实现多链路的链路管理，支持负载平衡策略。负载平衡是指连接到同一个目标设备的多条链路成为一个集合，每条链路都有等价的地位，都可以单独传输数据。通过某种负载平衡的算法，即各条链路分担任务的算法，将发送到目标端的命令或数据流均匀的分配到同一个集合中的各条链路上，并且各条链路还负责传输目标端相应的反馈给发起端。这种技术有利于提高并行传输能力，充分利用链路资源。同时，多链路情况下，链路运行情况复杂，因此故障检测策略会影响多链路的可用性。由于故障检测是需要时间代价的，因此多链路需要调度命令队列来配合链路检测以降低

3、故障检测对性能的影响。1.4本文组织结构本文是在提高网络存储性能的要求下开展的研究，主要是利用实验室研制的存储设备，采用多链路技术以期进一步提高存储系统的性能。以下是本文各章的内容安排：第一章概论，以存储系统架构为基础，阐述存储系统中的多链路技术相关的概念和基本原理，及多链路技术的意义，对当前存储系统中的多链路技术进行了研究和分析。第二章存储系统实现多链路的各种策略的分析与比较，首先结合linux中的I/O机制，分析存储系统的I/O通道，比较在存储通道的各个环节多路的实现策略，确定实现多路的低代价，高性能，并

4、兼具灵活性，兼容性的解决方案。然后进一步明确该方案的设计思想和目标。第三章是分析研究多链路设备的虚拟化，以及多链路模块中涉及到的负载平衡5实现策略，为了实现高可用性和高可靠性，分析适用该模块的故障检测机制。第四章是多路模块的设计与实现，首先介绍当前的软硬件环境，然后设计多路模块与其他模块的详细交互流程，确定接口，并设计数据模型和数据结构关系，结合第三章中研究的多路负载平衡，故障检测给出详细设计，并针对现有环境实现对一通用的软磁盘阵列的多路支持。第五章系统测试与分析，首先阐述测试环境，以及如何构建测试环境和选择

5、测试工具。然后介绍所设计的测试方法，以及详细的测试设计，并说明测试的目标，接着介绍测试出的结果，并进行分析，提出系统的问题和改进思想。第六章是结束语，概括了本文的研究工作，说明研究中存在的问题和未来的研究方向。最后是致谢和本文引用的参考文献。62存储系统实现多链路的各种策略的分析与比较实现多链路有几种策略，分析比较各种策略，提出在块层实现多链路的解决方案，设计了多链路数据模型，确定了块层多链路模块的设计目标和设计思想。2.1存储系统的I/O通道分析2.1.1I/O通道的硬件结构为了分析I/O通道，首先从有形的

6、硬件成分开始，存储网络包括六个硬件成分,系统内存总线，主机I/O总线，主机I/O控制器，I/O总线和网络连接，存储设备和[9]子系统，存储介质。他们直接与I/O传输相联系。如图2.1所示。系统内存总线是一个高速总线，CPU，主内存存储器和内存缓存通过它连接在一起。图2.1物理I/O通道主机I/O总线，是数据离开系统内存总线后进入的另外一总线。主机I/O总线在存储系统中实现了与适配器的连接，如NIC(NetworkInterfaceCard)和HBA(HostBusAdapter)。并完成外部设备，网络和系统内

7、存总线之间的数据传输，以及系统适配器7之间的数据传输。主机I/O总线是系统内存和外设及网络之间数据的运输工具。主机I/O总线之后，下一个环节是主机I/O控制器，或者是网络接口卡，具体是哪一个依赖于所使用的存储技术。主机I/O控制器和网络接口卡的控制软件运行在适配器的固件中，或者作为驱动程序运行在主机系统。固件是一种控制器特定的软件，位于并运行于主机I/O控制器或网络接口卡的特别的硬件芯片上。它控制最基本的功能，包括加电监测，误差诊断等。在主机I/O控制器之后，是连接部分——存储网络。沿着I/O路径的下一站是设

8、备和子系统，他们处于来自主机I/O控制器的网络的目标端。存储子系统在存储总线或网络上通常拥有一个或者多个地址，而在存储子系统中的设备则作为与更高级ID相关联的LUN(LogicUnitNumber)寻址。另一个方法是利用虚拟化技术，将整个子系统中的设备看做一个单一的大设备，这可以通过一个完全分离的且独立的I/O总线或网络来显示，这些I/O总线或网络处于子系统内部，连接[10]所有内部的设备。I/O物