提高海量磁记录系统性能的方法研究

摘要

目前，以计算机和网络为基础的信息产业获得了空前的发展，当今世界已经进入了信息化时代，其突出表现就是信息总量和信息交换量的爆炸式增长，许多新的应用领域（如视频点播、科学数据处理、数据中心等）不断出现，使人们对数据的需求以每年翻几番的速度增长，这就对信息存储技术提出了越来越高的要求。 在所有的信息存储方式中，磁记录存储因其记录性能优异、应用灵活、价格便宜，而且在技术上具有相当大的发展潜力，所以被当作现代信息存储的一项主要技术，采用磁记录存储方式对海量数据进行存储是目前最常用的海量存储方式。 本文选择了“提高海量磁记录系统性能的方法研究”这一既具有科学价值又具有实际意义的课题，以期为提高海量磁记录系统的性能提供理论依据和优化方法。目前，采用磁盘阵列来构成海量磁记录系统已成为必然趋势，磁盘阵列相关技术也成为研究的热点和数据存储的主流技术，磁盘阵列已成为一种重要的存储系统体系结构。 本文的主要研究内容有以下几个方面： 1．海量磁记录系统构建技术研究。磁盘阵列技术利用多个硬盘的不同组合，形成一个容量大、响应速度快、可靠性高的存储系统，可以实现多磁盘驱动器并行操作，大大提高了存储容量和数据传输率，通过冗余备份技术提高了可靠性。因此，本文在构建海量磁记录系统时采用磁盘阵列技术，并针对磁盘阵列的基本原理、磁盘阵列RAID 级别分类及其特点、存储服务器的常用数据通道进行了研究，最后研究了软件RAID和硬件RAID的实现技术。 2．海量磁记录系统建模技术研究。主要研究如何通过配置磁盘阵列来达到减少寻道距离、减少磁盘访问延迟、提高吞吐量的目的。本文讨论了磁盘阵列建模的基本原理和使用磁盘阵列改善系统延迟的各种技术，提出了一种设计磁盘阵列的新方法，该方法能灵活系统地减少磁盘访问延迟，提高磁盘吞吐量，称这种新型磁盘阵列为“SR 阵列”，因为它能平衡地减少寻道(Seek)时间和旋转(Rotational)延迟，并在此基础上讨论了SR 磁盘阵列配置的详细情况，推导了SR 阵列的延迟模型和吞吐量模型。 3．磁头跟踪软件设计。磁头跟踪软件不需要任何专门的硬件支持就可以实现磁头的高精度定位，降低系统开销，同时实现了能够处理大数据量负载情况下的各种调度算法，如最短访问时间优先SATF 算法等。本文提出了磁头跟踪软件分层体系结构及其软件设计方法，使用各种调度策略实现了一个软件实验平台，它支持SR 阵列的各种配置，并在实验平台中集成了仿真器，仿真结果表明仿真器能真实地反映实际系统的读写操作请求执行情况。 4．海量磁记录系统性能实验仿真研究。应用测试磁盘性能的工具软件IOMeter 对系统中集成的仿真器进行了仿真实验。仿真器内部的事件队列是按事件发生的先后顺序排列，可以记录事件处理的时间，并能根据处理情况调整时钟。仿真器能对实际系统的寻道和旋转延迟进行模拟。仿真实验结果表明在所有可能的SR 阵列配置中，仿真器与原型系统之间的吞吐量误差小于3％。 本文试图通过仿真实验来验证SR 阵列的延迟模型和吞吐量模型的准确性，在对仿真器施加不同工作负载的情况下比较仿真结果，结果表明数学模型的计算结果确实很接近实际的测量结果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

第二章 海量磁记录系统构建技术研究

第三章 海量磁记录系统建模技术研究

第四章 磁头跟踪软件设计

第五章 海量磁记录系统性能实验仿真研究

第六章 总结与展望

参考文献

致 谢

攻读博士学位期间所取得的相关科研成果