基于光纤通道的磁盘阵列系统的研究与设计

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1、华中科技大学硕士学位论文基于光纤通道的磁盘阵列系统的研究与设计姓名：李明申请学位级别：硕士专业：计算机系统结构指导教师：谢长生20060510摘要DAS、SAN和NAS是当前应用最广泛的三种网络存储体系结构，而RAID作为网络存储体系结构中的存储节点，其设计直接影响到存储体系的整体性能。RAID系统的整体设计包括嵌入式的硬件平台、软件平台和核心控制软件三部分。嵌入式硬件平台的设计采用独立的IOP处理器和高速总线与接口技术，一方面RAID系统与外部主机之间以高速光纤数据通道相连，另一方面系统内部设备之间的数据传输采用PCI-X总线，为数据传输提供足够的通道带宽。嵌入

2、式硬件平台通常只针对特殊的应用设计，不同于X86平台具有统一的规范。嵌入式RAID系统设计的软件平台由板级支持包Redboot、Linux内核与根文件系统构成，该软件平台对硬件设备进行初始化，并为核心的控制软件运行提供支持。在核心控制软件的设计上，支持光纤通道的目标器为RAID系统与外部主机之间提供高速主机通道；CACHE管理采用链式哈希表对条带化的存取块进行组织和检索，并且支持数据预取、LRU淘汰、冲突控制、可变数据块粒度和写回或者写穿等策略；磁盘I/O调度相对传统的设计而言，增加了高低优先级排队，使正常的I/O访问命令进入高优先级队列被优先处理，而数据备份和安

3、全日志等事务进入低优先级队列被延迟处理，以此提高RAID系统对外部主机命令的响应速度；硬件异或设计加快了RAID系统频繁的数据校验运算，提高请求的处理速度，同时也减轻了CPU的运算负担。RAID原型系统按照以上的设计方案实现，在实验环境下测试的峰值数据传输率为186MB/S，略高于同等测试环境下同类型的市场产品NexStor4250F的峰值传输率179MB/S，该传输率接近硬件平台的主机通道的理论传输带宽2Gb/s。测试结果证明原型系统所采用的软、硬件设计方案整体上是成功的。关键词：独立冗余磁盘阵列，光纤通道，硬件异或，板级支持包IAbstractDAS,SANa

4、ndNASarethreekindsofnetworkstoragearchitectureswhicharewidelyusedatpresent.RAIDplaysanimportantroleasnodesofthestoragenetwork,thedesignofwhichcandeterminetheperformanceofthewholestoragearchitecture.ThedesignofRAIDsystemiscomposedoftheembeddedhardwareplatform,softwareplatform,andkernel

5、algorithmsoftware.ThedesignofembeddedhardwareplatformreferstoIntelIQ31244board,whichadoptsindependentIOPprocessor,highspeedbusandinterfaces.Ononehand,RAIDsystemcommunicateswithexternalhostswithhighspeedfibrechannels,ontheotherhand,internaldevicesofRAIDsystemconnectwithPCI-Xbusfordatat

6、ransmission,whichprovidessufficientbandwidth.Theembeddedhardwareplatformsarealwayscustomizedforspecialapplication,whichisdifferentfromX86thathasgeneralspecification.ThesoftwareplatformforembeddedRAIDsystemarecomposedofBSPRedboot,linuxkernelandrootfilesystem,whichimplementsinitializati

7、onforhardwareplatform,andprovidestherunningenvironmentforkernelalgorithmsoftware.Asthedesignofkernelalgorithmsoftware,thetargetsupportsFibreChanneltransmissionprotocols,andprovideshighspeedconnectionbetweenRAIDsystemandexternalhosts;CACHEmanagementapplysHashLinksfororganizationandsear

8、chofd