机载网络存储系统性能优化的设计与实现

摘要

数字化浪潮带来了海量的数据,全球正在迈入网络存储时代。随着互联网服务的多样化和复杂化,传统的直连式存储DAS的缺点不断暴露。多种新的存储技术和结构如雨后春笋,给存储模式带来了巨大的变化。NFS作为最常用的协议之一,默认基于同步UDP,因此无法实现流量控制,导致在大负载的网络存储系统中出现性能障碍。本文根据机载存储需求,选择稳定而且可靠的VxWorks实时操作系统环境,分析了NFS协议的特点,以排队论为思想基础,设计并实现了对于NFS协议的优化。具体工作如下：1)详细介绍了存储架构的发展,包括直连式存储(DAS)、网络附属存储(NAS)和存储区域网络(SAN),分析各自原理和优缺点,根据机载需求选择合适的网络存储架构。2)详细分析了远程过程调用(RPC)和网络文件系统(NFS)的协议标准。其中,对RPC的介绍包括RPC的请求与响应格式、外部数据表示XDR和RPC的端口映射器的概念。对NFS则详细介绍了NFS协议的功能、结构和特性。3)以VxWorks环境为基础,排队论为理论依据,明确了网络存储软件的设计目标并提出设计方案,给出了优化实现的策略。4)实现了机载网络存储系统软件,并且通过实验证明了VxWorks环境下实现的NFS的高效性和可靠性。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 机载数据和存储

1.1.2 VxWorks 实时操作系统

1.1.3 NFS 在 VxWorks 上的应用

1.2 研究内容及目标

1.3 论文结构

第二章 机载存储模式选择

2.1 需求分析和方案设计

2.2 直连式存储 DAS

2.3 网络附属存储 NAS

2.4 存储区域网络 SAN

2.5 本章小结

第三章 网络文件系统

3.1 NFS 网络文件系统

3.2 NFS 协议

3.3 远程过程调用 RPC

3.3.1 RPC 简介

3.3.2 RPC 报文格式

3.3.3 Port Map 端口映射器

3.3.4 XDR 外部数据表示

3.4 传输层协议

3.4.1 TCP 协议

3.4.2 UDP 协议

3.4.3 协议的选择和设计

3.5 本章小结

第四章 NFS 网络存储软件的设计和实现

4.1 网络存储系统软件设计

4.1.1 设计原则和设计方案

4.2 异步传输模式的实现

4.2.1 NFS 过程的实现

4.2.2 数据结构

4.2.3 系统缓冲区配置

4.2.4 函数流程

4.3 流量控制的实现

4.3.1 排队论建模

4.3.2 总重传计数和总发包计数

4.3.3 Select()函数

4.4 本章小结

第五章 NFS 网络存储系统软件的测试

5.1 测试环境

5.2 测试方法

5.3 测试结果和分析

5.3.1 异步通信

5.3.2 流量控制

5.4 本章小结

第六章 总结和展望

6.1 本文总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文