一种可堆叠存储阵列及其分布式存储管理

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3、权保管、并向有关部口送交学位论文的原件与复印件；②学校可レ乂采用影印、缩印或其尼复制手段复制并保存学位论文；⑤学校可允许学位论文被查閱或借阅；④学校可１＾：（学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可Ｗ公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）。著《冷＞ｐ／《会－签名：资日期：寻巧Ｗ导师签名；日期：％＼叫太原理工大学硕士研究生学位论文一种可堆叠存储阵列及其分布式存储管理摘要伴随着互联网+的提出，数据海量增长，对存储系统提出了新的要求。单个存储设备由于受到工艺水平的制约，提升性能的空间有限，存储阵列

4、成为当前一种重要的设备结构。对于扩大存储系统的容量，目前存储阵列结构有较多解决方案，但是如何在扩容的同时提升存储访问带宽，仍是十分棘手的难题。为了设计新型高速大容量的存储系统，使得存储阵列能够在扩容的同时，同步提升I/O带宽的访问速度，本论文提出了一种可堆叠存储介质的方案，然后基于可堆叠存储介质设计了可堆叠存储阵列，是一种扩容同步提速的存储阵列解决方案。可堆叠存储介质必须是消息连接的设备。传统的并行接口存储介质如ATA硬盘，升级成为SATA硬盘后，访问控制器从主机端转移到设备上，成为消息连接的存储介质。但是SATA硬盘还不是可堆叠存储介质，由于SATA的消

5、息协议中不包含存储介质的地址字段，多个SATA硬盘堆叠连接在一起是无法区分的。Marvell公司于2012年推出SATA端口倍增器PM，设置了端口地址用来区别多个不同的SATA硬盘，实现了多个SATA硬盘的堆叠连接。但是这样堆叠在一起的SATA设备是通过PM控制选通方式工作的，存储介质本身并不是可堆叠的，因此PM方案只能扩容，不能提升I/O访问带宽。本论文提出一种新的存储访问消息协议MES，在其中设置了存储设备I太原理工大学硕士研究生学位论文的目标地址字段，包括群Group，组Set和通道Channel（或设备），按照群组通道GSC方式设置阵列参数，并通过

6、新定义的消息结构MES传递参数，访问阵列，形成一种支持存储介质和存储阵列堆叠的消息交换结构。在此基础上进行可堆叠存储阵列的具体设计，10个通道（或设备）的系统I/O访问带宽可达48G，并且仍有很大提升空间。目前样机正在制作中。论文完成了以下工作：1．提出存储设备和存储阵列的可堆叠思想，介绍了可堆叠控制芯片PM，详细分析PM工作原理，实现了PM的硬盘访问；2．提出可堆叠存储阵列的GSC组织方式，建立了扇区堆和超扇区的实施方案；3．定义了可堆叠存储阵列的消息交换结构MES，分析划分了可堆叠存储阵列的各模块，定义了各自的结构和功能。4．将可堆叠存储阵列与PM的端

7、口倍增功能结合起来，并充分利用FPGA的并行处理能力实现扩容和提速，提高了系统的灵活性和可扩展性。并为分布式文件管理奠定了基础。5．利用XilinxKintex-7FPGA和Marvell88SM9705可堆叠控制芯片，搭建了CCS2040硬件平台；使用MentorDxdesigner电路设计工具设计了电源、时钟、复位、88SM9705、DDR3、FLASH以及JTAG、PCIe、SATA和SAS接口的硬件电路，完成可堆叠存储阵列系统的结构设计。CCS2040通过PCIe2.0x4硬核或PCIe3.0x4软核接口与T2080开发板交换MES消息，通过T20

8、80的4个10Gbit光纤接口接入网络，可另外通过2个12Gbps