面向计算环境部署的虚拟共享存储架构研究

摘要

动态提供计算和服务环境以满足开放环境下多变的应用服务需求，是现代计算技术的一个热点问题。传统的计算环境由存储部件与计算部件静态绑定形成，许多计算环境按需部署研究都采用了这一构成模式。但随着SAN等网络存储技术的发展，存储开始从计算节点中分离出来，以一种资源实体的形式存在和运作。存储的网络化与资源化使其在按需提供与可管理性方面较原有存储模式更具优势。然而，目前计算环境部署领域中缺乏对此新存储模式的深入研究。因此，对新趋势下适合计算环境部署的存储架构和相关技术进行探索，挖掘和发挥存储在计算环境部署方面的潜力，对于计算环境部署研究的发展有较强的理论和实际意义。 在充分分析计算环境部属特点的基础上，本文针对其典型存储特征，与采用了存储与计算分离思想的部署系统SonD的实际应用需求相结合，系统地研究了面向计算环境部署的存储技术。本文的主要贡献与创新点如下： 1．针对计算环境部署特有的部署映像相似性、部署需求突发性等特征以及应用数据安全性需求，提出了以存储共享为核心的虚拟共享存储架构VSSA。该架构可有效支持部署存储的灵活构建、高效并发部署以及数据保护。 2．提出了一种迭代式写拷贝存储模型。模型支持支持任意写拷贝副本可写，提供了写拷贝副本自身构建写拷贝副本的功能，并且其写拷贝的迭代次数在理论上没有限制。这一模型不但有效改进了部署映像创建的灵活性，而且通过写拷贝共享提高了存储空间的利用率。 3．提出了一种面向写拷贝数据共享的I/O优化方法。通过对I/O路径的共享优化，提高计算环境并发部署的性能和可扩展性。本文提出的缓存共享机制可显著优化共享存储的I/O扩展性与性能。 4．提出了针对写拷贝共享存储的备份恢复机制。支持对存储数据提供全面、灵活的备份保护，并可维护VSSA独特的存储共享核心结构及其应用特性。 5．基于上述创新思想，设计和实现了一个原型系统VSVM虚拟共享逻辑卷管理系统，并应用于SonD计算环境部署系统，显著提高了部署性能和系统的可靠性及可用性。试验结果表明，本研究提出的虚拟共享存储架构对于计算环境部署应用的能力发挥可起到关键作用。

目录

文摘

英文文摘

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第一章引言

1.1部署系统相关研究及其后端存储

1.1.1系统级按需部署系统

1.1.2应用级按需部署系统

1.2课题研究意义

1.3本文贡献

1.4论文的组织

第二章虚拟共享存储架构

2.1存储虚拟化架构

2.2相关研究

2.3虚拟共享存储架构VSSA

2.3.1 VSSA支持机制与使能特性

2.4 VSSA的原型系统VSVM

2.3.2 VSVM体系架构

2.3.3 VSVM映射结构

2.3.4 VSVM各功能部分相互关系

2.5本章小结

第三章迭代式写拷贝存储模型与共享存储构建

3.1写拷贝技术介绍

3.1.1写拷贝技术的演化

3.2迭代式写拷贝存储模型

3.2.1传统写拷贝存储模型

3.2.2迭代写拷贝模型

3.3原型系统设计与实现

3.3.1设计原则

3.3.2直接映射式架构

3.3.3相关数据结构

3.3.4写拷贝策略

3.3.5迭代式写拷贝算法

3.4实验结果及分析

3.4.1写拷贝单元大小

3.4.2写拷贝I/O性能

3.4.3迭代式写拷贝的并发I/O性能

3.5本章小结

第四章共享存储的访问

4.1 I/O路径的共享层次

4.2相关研究

4.3 VSSA的I/O路径共享

4.3.1路径共享优化途径

4.3.2缓存共享优化的考虑

4.4 VSVM共享缓存的设计与实现

4.4.1基本设计思想

4.4.2共享缓存算法

4.5共享缓存优化试验验证

4.5.1缓存共享的I/O优化

4.5.2缓存共享的I/O影响

4.6本章小结

第五章共享存储的保护

5.1数据备份简述

5.1.1备份技术及其驱动力

5.1.2写拷贝副本与数据备份

5.2相关研究

5.3 VSSA的数据保护

5.3.1数据保护需求

5.3.2核心问题与研究目标

5.4 VSVM的备份恢复

5.4.1普通(非共享)备份恢复

5.4.2针对共享的备份恢复

5.5机制方法论证

5.5.1有效性

5.5.2适用性

5.6本章小结

第六章虚拟共享存储的实际应用

6.1 SonD计算环境部署系统的存储与计算

6.1.1存储与计算分离的系统架构

6.1.2存储与计算的动态整合

6.2 VSVM在SonD部署系统中的应用

6.2.1 SonD计算环境部署用时

6.2.2基于VSVM的SonD数据备份系统

6.3相关研究比较

6.4本章小结

第七章结论

7.1本文工作总结

7.2下一步研究方向

7.2.1已有成果的完善

7.2.2研究领域的拓展

7.2.3共享技术的深化

参考文献

致谢

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