基于Linux系统的网络存储技术分析设计与应用

摘要

数据的爆炸式增长和网络技术的飞速发展引发了网络存储技术的出现。网络存储的两个主要分支是NAS(NetworkAttachedStorage，网络附加存储)和SAN(NetworkAreaStorage，存储区域网)技术，它们具有不同的特点，因此形成了不同的应用领域。iSCSI(InternetSCSI)协议是2003年2月才正式通过的行业标准，但基于iSCSI协议的网络存储产品层出不穷，影响也不断扩大。NAS、SAN和iSCSI技术已成为网络存储技术的研究热点。 Linux是当前应用最广泛的类UNIX操作系统，它具有高效、稳定的优点，并且对硬件支持较好，非常适合服务器领域的应用。同时，由于Linux操作系统可以免费获取，因此能够搭建基于Linux系统的开发实验环境，并利用Linux系统优秀的内核和丰富的自由软件包，展开对各种最新应用技术的研究。在这个背景下，本文选取了Redhat9(一种Linux发行版本)作为基础搭建实验平台，来开展对网络存储技术的研究工作，完成了如下两个科研项目，并取得很好的成果。◆开发基于Redhat9操作系统的NAS服务器。 ◆对Redhat9系统环境下的UNHiSCSI驱动程序进行改进。 这篇论文首先将介绍有关网络存储的背景知识；然后详细介绍了NAS技术的概念、特点和应用，并给出了一个基于Redhat9操作系统的NAS服务器的设计和实现，这个NAS服务器具有可跨域工作，即插即用，便于管理的优点，并且支持包括Samba、http、ftp、AppleTalk等多种访问协议；接着，本文详细介绍SAN的原理和应用，并详细分析了和SAN技术紧密结合的iSCSI和SCSI协议；最后，本文详细分析了UnhiSCSITarget端的驱动程序，并给出了对其驱动程序进行的测试和完善的详细步骤。 本文的创新性在于：(1)提出了一个基于Linux系统的NAS服务器的设计和实现。该NAS设备无需配置用户信息即可在Windows和NIS混合域中进行安全认证并正常工作，并且支持即插即用的功能。 (2)对UNH的iSCSI驱动程序进行了改进，避免了系统在I/O操作繁忙时会出现崩溃现象的错误，并在该程序中加入了对错误恢复功能的支持，使其能够支持诸如设备丢失、设备写失败等错误的正常恢复。

目录

文摘

英文文摘

南开大学学位论文版权使用授权书及南开大学学位论文原创性声明

第一章引言

第一节直接连接存储

第二节网络存储技术

1.2.1NAS

1.2.2 SAN

1.2.3 iSCSI

1.2.4 NAS、SAN和iSCSI的比较

第三节本文的结构安排

第二章NAS技术

第一节NAS的起源

第二节NAS的特点

第三节NAS技术的应用

第四节网络文件系统和协议

2.4.1 NFS和CIFS

2.4.2 SAMBA

第三章跨域工作的NAS的设计和实现

第一节NAS的硬件要求

第二节NAS的系统定制

第三节网络服务的集成

3.3.1安装Samba

3.3.2安装apache

第四节跨域功能的设计和实现

3.4.1跨域功能分析

3.4.2认证方式设计

3.4.3跨域功能的实现

第四章SAN技术

第一节SAN的拓扑结构

4.1.1点到点SAN

4.1.2交换式SAN

4.1.3环状SAN

第二节SAN的特点

4.2.1容量易扩展

4.2.2性能易扩展

4.2.3距离易扩展

4.2.4易升级

第三节SAN的应用

4.3.1备份

4.3.2存储池

4.3.3数据共享

4.3.4 I/O寻径

4.3.5数据迁移

第四节SAN和NAS的区别

第五章SCSI和iSCSI协议分析

第一节SCSI协议

5.1.1 SCSI概述

5.1.2 SCSI命令

5.1.3 SCSI Target模型

5.1.4任务管理函数

5.1.5 SCSI错误报告

第二节iSCSI协议和体系结构

5.2.1 iSCSI协议概述

5.2.2 iSCSI协议模型

5.2.3 iSCSI PDU格式

5.2.4会话管理

5.2.5编号和排序

5.2.6命名与寻址

5.2.7错误处理和恢复

第六章UnhiSCSI驱程分析

第一节iSCSI Target端概述

第二节STML的接口函数

第三节FETD提供的接口函数说明

第四节Target程序的过程分析

6.4.1初始化处理过程

6.4.2读命令处理过程

6.4.3写命令处理过程

6.4.4任务管理函数处理过程

第七章对UnhiSCSI驱程的测试和改进

第一节测试环境

第二节大规模数据压力测试

7.2.1测试现象

7.2.2问题分析

7.2.3改进方案

7.2.4改进效果

第三节设备消失异常测试

7.3.1测试现象

7.3.2现象分析

7.3.3改进方案

7.3.4改进效果

第四节设备只读异常测试

7.4.1测试现象

7.4.2现象分析

7.4.3改进方案

7.4.4改进效果

第八章总结和展望

致谢

参考文献

个人简历

一、个人概况

二、科研项目