智能网络磁盘存储系统中多IND动态管理技术研究

摘要

互联网技术及其应用推动了计算机技术的快速发展，人们对数据存储的需求已经有了很大的改变，主要表现在要求存储系统具有巨大的存储容量，希望能够对数据进行快速存取和有效的管理。一方面，为了满足日趋海量的存储与备份数据需要，许多企事业单位在存储设备上的投资已经越来越多；另一方面，国内外许多科研机构和知名大企业对存储技术的研究越来越重视，特别是网络存储技术近年来已经成为了计算机存储技术领域内的一个研究“热点”。
　　 本文介绍了当前主流的网络存储技术DAS、NAS和SAN的体系结构及其主要的优缺点。针对当前网络存储中存在的问题，本文给出了一种智能网络磁盘（Intelligent Network Disk，IND）存储系统结构模型，智能网络磁盘（IND）存储系统的设计目标是满足用户对数据存储的智能化、高性能、低成本、高可扩展性、高可靠性和易维护性的需求。
　　 本文的主要研究内容是有关IND存储系统中的多IND动态管理技术的设计与实现方法，所取得主要的研究成果包括如下几个方面：
　　 1、给出了一种智能网络磁盘（Intelligent Network Disk，IND）存储系统结构模型。智能网络磁盘（IND）存储系统具有数据存储的智能化、高性能、低成本、高可扩展性和高可靠性等特点。
　　 2、研究并提出了一种基于Heartbeat策略的IND故障检测算法。该算法使用线性二次指数平滑法与基于错误预测的偏移系数相结合计算更新点，使IND故障检测具有较高的速度和较好的准确率；并介绍了IND性能监控的原理以及实现过程。
　　 3、提出了多个IND成员的管理算法，实现了IND存储系统的可扩展性。其中，基于备份节点的IND选举算法解决了单点失效问题，提高了系统的可靠性。
　　 4、提出了基于静态时间间隔策略的请求分发算法。该算法实现简单、计算量少和具有较好的请求平均等待时间。
　　 最后，本文通过实验测试了多IND动态管理技术。实验结果表明：通过多IND动态管理技术可以实现IND存储系统的多节点间的故障检测、性能监控、成员管理和写请求的均衡分发。采用多IND动态管理技术不但可以解决单点失效问题，基于负载均衡的写请求分发能够实现存储系统的负载均衡，另外它也极大提高了存储系统的可扩展性和可靠性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 网络存储技术的国内外发展现状与趋势

1.2.1 网络存储体系结构

1.2.2 网络存储技术的新发展

1.2.3 国内外研究发展现状

1.3 课题的研究意义

1.4 本文的研究目标和主要工作

1.5 论文的组织结构

第二章 IND存储系统概述

2.1 IND存储系统的体系结构

2.2 IND存储系统分析

2.2.1 IND的硬件结构

2.2.2 IND存储系统的软件结构

2.2.3 IND的通信协议栈

2.3 IND存储系统的工作模型

2.4 IND存储系统特点

2.5 本章小结

第三章 多IND动态管理技术原理

3.1 多IND动态管理的主要任务

3.2 IND故障检测算法原理

3.2.1 IND故障检测的性质与评价参数

3.2.2 IND故障检测的实现策略

3.2.3 IND故障检测的参数确定

3.3 IND性能监控原理

3.3.1 负载信息选择标准与IND信息表

3.3.2 IND负载信息计算规则

3.4 IND成员管理算法原理

3.4.1 IND成员管理介绍

3.4.2 基于备份节点的IND选举算法原理

3.4.3 IND节点加入与退出算法原理

3.4.4 IND存储系统的可靠性分析

3.5 请求分发算法原理

3.5.1 IND存储系统元数据服务模式

3.5.2 静态时间间隔策略原理

3.6 本章小结

第四章 多IND动态管理技术的实现

4.1 多IND动态管理的软件层次设计

4.1.1 多IND动态管理的软件层次

4.1.2 多IND动态管理的启动流程

4.2 IND故障检测算法

4.2.1 IND故障检测的流程

4.2.2 IND故障检测算法的实现

4.3 IND性能监控

4.3.1 IND性能监控的流程

4.3.2 IND负载信息获取

4.4 IND成员管理算法

4.4.1 基于备份节点的IND选举算法的实现

4.4.2 IND节点加入的实现

4.4.3 IND节点退出的实现

4.5 请求分发算法

4.5.1 队长更新与处理的流程

4.5.2 请求分发算法的实现

4.6 本章小结

第五章 多IND动态管理技术的模拟测试与结果分析

5.1 多IND动态管理的运行测试

5.1.1 多IND动态管理的测试环境

5.1.2 多IND动态管理的运行情况

5.2 IND故障检测算法性能测试

5.2.1 IND故障检测算法初始化性能测试

5.2.2 IND故障检测算法运行时性能测试

5.3 IND成员管理算法性能测试

5.3.1 IND选举算法性能测试

5.3.2 IND分层成员管理性能测试

5.4 请求分发算法性能测试

5.4.1 请求分发算法的实验模型

5.4.2请求分发算法的性能分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢