基于Petri网的RAID系统建模分析及负载平衡优化

摘要

近年来随着互联网的普及，网络信息成爆炸型的增长。中央处理器的处理能力以每年40％至100％的速度增长，然而与此产生鲜明对比的是外存储设备的性能远远满足不了系统的要求。于是存储系统一般都使用各种RAID级别指定的物理磁盘组作为存储媒介，也就是我们所说的RAID存储系统。一方面，很多RAID存储系统能同时有处理多媒体数据和事务处理数据的需求，而单一的文件存储方式无法为二者同时提供高质量的服务，将不同类型的文件分别存储在不同的RAID级别系统中，可以提高系统的性能。 另一方面，磁盘组之间及物理磁盘之间会产生负载不均衡的情况。负载不均衡是指存储系统中的一些磁盘驱动器所接受的数据访问量远远大于另外的一些磁盘驱动器。这样就会在负载高的磁盘或磁盘组上产生大量的I/O访问量，而低负载的磁盘及磁盘组通常处于空闲状态。这不仅制约了整个存储系统的读写访问性能，而且磁盘间不平衡的负载也会导致高负载的磁盘寿命下降，产生更大的损耗。Petri网是一种适合于描述异步并发现象的系统模型，它既有严格的数学定义，又有直观的图形表示，既有丰富的系统描述手段和系统行为分析技术，又为计算机科学提供坚实的概念基础。Petri网有一套成熟的数学理论工具，建立了许多分析技术，包括可达性分析、不变量分析、保持特性的变换、构造理论、形式语言理论、同步距离和网的分解和等价等。目前它不仅被用于作为各种计算机系统的形式描述、性能评估和辅助设计的手段,而且在工程技术、化学、经济和法律等领域内也有许多成功应用的事例。 本文的主要研究工作在于：根据有色Petri网自身优秀的表达分析能力对RAID存储系统及其中的重要模块给出了Petri网模型实现并进行了分析。在RAID存储系统优化中提出了一种自适应的RAID存储系统，合理地分配数据的存储模式，优化了存储系统的性能并且针对RAID1级别和RAID5级别的子存储系统分别给出了基于Petri网自由竞争机制的负载平衡处理方法和一种负载判别平衡算法，并对这两种负载平衡算法进行了性能分析。