高效的自适应文件系统的原型设计

为了改进文件系统的性能,提出的文件系统既具有自适应的RAlD3和RAID5混合结构,又能根据缓存数据在缓冲区的活动性不同而分类缓存,数据被延迟刷新到磁盘来减少、合并写磁盘的次数,进一步采用自适应的文件条带策略来优化文件访问性能.研究结果表明,该文件系统能按需自适应地读写多媒体数据和事务处理数据,当文件系统负载低时,可以尽量积极地将文件分布到所有磁盘来最小化I/O的反馈时间;反之,在系统负载高时,将文件分布的范围小一些以便最大化文件系统整体的吞吐量.     

基于InfiniBand的RAID存储系统设计

以Infiniband(IB)体系结构和SCSI远程直接内存访问协议(SRP)为基础,结合RAID技术,设计了一种RAID存储系统,系统与主机接口的前端采用IB,为主机的I/O访问提供无限带宽,与物理存储设备接口的后端设计了多个RAID5控制卡的RAID0分条技术,以提高磁盘访问的并发性.从而获得了很好的主机存取I/O性能.     

阵列矩阵RAID50研究——容量聚合与全并发策略

提出了一种跨多阵列通道的海量存储RAID50模型,通过采取多阵列卡的RAID0分条和阵列卡上多磁盘RAID5分条和校验的二级并发的数据组织与分块方式,以扩展块（大小等于阵列卡上的一个RAID5校验组）作为Cache和阵列之间数据交换的单位,实现了将阵列矩阵中所有磁盘的容量聚合及全并发访问。设计了该模型逻辑卷管理的最佳适配算法及二级地址映射算法。理论分析与实验结果表明：该策略将I/O响应时间降到了最低,且获得了与阵列通道数线性相关的逻辑卷容量和I/O性能。     

基于FC-SW存储区域网络的存储系统性能

分析FC-SW存储区域网络(SAN)的网络拓扑结构以及RAID等相关内容,描述在FC-SW SAN中的数据访问流程,在抽象FC-SW SAN的基础上利用排队理论对FC-SW SAN中的存储性能进行分析。阐述磁盘高速缓存命中率、I/O访问读写概率以及网络交换机FC-SW对I/O响应时间的影响。     

基于局部性和分区磁盘的文件定位优化

计算机虚拟存储体系结构中磁盘文件访问存在局部性,大量访问集中在少数文件上。针对该问题,研究分区盘技术,提出一种动态文件定位优化方法,通过动态采样统计,将访问次数集中的文件定位在使用分区盘技术且数据传输率较高的磁盘区域中。理论分析及实验结果表明,该方法可以提高系统整体的I/O性能。     

CSRAID:一种新的大规模RAID系统结构

借鉴集群文件系统“分布式虚拟磁盘”的概念,针对大规模RAID提出了一种新的存储结构CSRAID,它由若干结构不同的SubRAID组成.数据可以根据负载特征的变化动态迁移到最适合的SubRAID,SubRAID的数目和结构,也可以适应系统负载的发展而调整,从而CSRAID系统能为各用户提供一个由SubRAID物理存储空间构成的、始终适应用户I/O需求的虚拟磁盘.仿真实验结果表明与传统结构大规模RAID系统相比,同样大小存储空间的CSRAID系统的I/O性能具有显著优势.     

基于RAID50的存储系统高速缓存设计

设计了一种多个控制卡分条的RAID50模型和主机虚拟卷地址到所属高级别阵列、低级别阵列分条的二级地址映射模式，以提高I/O访问的并发性。定义多个连续I/O块为扩展块并等同于Cache页大小，且作为RAID50传输粒度，进一步改善内存与存储设备之间的传输效率。设计了基于Cache描述符控制块的哈希链式查找算法和基于Cache页访问频率计数的二次机会置换算法，实现了一种主机数据接收与RAID50存储设备预读并发进行的策略。结果表明，该设计有效地提高了存储系统的I/O性能。     

并行文件系统自适应的文件条带化技术

研究并行文件系统自适应的文件条带(Striping)策略对改进文件访问性能的影响，并开发动态的文件条带分析模型，利用自动访问模式分类和实时文件系统性能数据为文件条带策略选择模糊逻辑规则库，来优化文件访问性能。研究结果表明：当文件系统负载低时，可以尽量将文件分布到所有磁盘上来最小化I/O的反馈时间；反之，在系统负载高时，使文件分布的范围小一些以便最大化文件系统整体的吞吐量。并通过实验给出了请求大小、请求宽度、请求到达率与系统性能的相互关系，实证了自适应规则库的正确性。     

基于Intel 80321的RAID5系统性能优化

结合磁盘存储阵列的应用，实现了基于Intel 80321 I/O处理器的RAID系统。该文利用了I/O处理器应用加速单元的硬件特性，在软件方面用高效读、写高速缓存的管理策略，实现了RAID5系统性能的优化，实际运行结果表明，该性能优化能达到预期效果。     

基于奇偶校验的RAID条带镜像数据分布方法

针对基于复制的RAID(独立磁盘冗余阵列)架构的数据分布方法所引起的负载增加、可靠性和接入带宽减少等问题,提出一种基于奇偶校验的条带镜像数据分布方案,简称RAID-P。首先,该方案在其他磁盘中复制条带数据块,然后将每个条带与一个奇偶校验块相关联,并通过将读取请求引导到合适的镜像备份数据来进行访问,从而提高阵列的可靠性和接入带宽,并且具备RAID磁盘阵列所必须的故障单元定位功能。与其他类此结构进行仿真比较后,结果表明:通过数据条带化、块镜像和奇偶校验块方法,该方案表现出了更高的可靠性,并能够在磁盘请求之间提供明显更好的I/O性能。     

多通道组合阵列存储系统结构与并行I/O设计

本文基于开放硬件平台和软件环境提出了一种集成式多通道组合阵列存储系统结构;设计了多个阵列适配卡分条和卡上多个磁盘分条的两级并行数据组织和分布方式,以提高I/O访问的并发性;提出了一种将来自主机的I/O命令并行分散到多个阵列通道上的调度方法。实验表明,在10Gb/s的Infiniband主机接口通道下,组合阵列的I/O性能基本上是多个阵列适配卡I/O带宽的线性叠加。     

RAID小数据随机访问性能分析与优化

RAID采用条纹结构,使多块磁盘可并行访问,提高了带宽,适合于大块数据顺序访问,而对小块数据随机访问影响不大。针对Stripe条纹大小对RAID的读写性能进行分析,探讨多用户小数据访问模式下的IOPS(IOs per second)问题,提出粗粒度条纹布局模型。仿真实验表明：该模型的性能优于现有布局方式,显著提高小块数据随机访问性能。     

RAID系统中的一种伪并行I/O调度策略

磁盘阵列系统中,如何提高I/O传输率一直是一个关键性问题。基于并行性思想,一种伪并行I/O调度策略被应用在带缓存的磁盘阵列系统之中。该调度策略力图在外部I/O请求响应和内部数据迁移之间形成并行操作,最大限度地提高close队列的I/O请求的数据传输率。实验表明,该策略有效地提高了磁盘阵列系统外部I/O通道的持续数据传输率,并在一定程度上缓解了RAID5的小写问题。     

一种基于条带的一致性散列数据放置算法

分布式存储系统作为数据存储的载体,广泛应用于大数据领域.纠删码存储方式相对副本方式,既具有较高的空间利用效率,又能保证数据存储的可靠性,因此被越来多的应用于存储系统当中.在EB级大规模纠删码分布式存储系统中,元数据管理成本较大,位置信息等元数据查询效率影响了I O时延和吞吐量.基于位置信息记录的有中心数据放置算法需要频繁访问元数据服务器,导致性能优化受限,基于Hash映射的无中心数据放置算法越来越多地得到应用.但面向纠删码的无中心放置算法,在节点变更和数据恢复过程中,存在位置变更困难、迁移数据量大、数据恢复和迁移并发度低等问题.提出了一种基于条带的一致性Hash数据放置算法(consistent Hash data placement algorithm based on stripe,SCHash),SCHash以条带为单位放置数据,通过把数据块到节点的映射转化为条带到节点组的映射过程,减少节点变动过程中的数据迁移量,从而在恢复过程中降低了变动数据的比例,加速了恢复带宽.并基于SCHash算法设计了一种基于条带的并发I O调度恢复策略,通过避免选取同一节点的数据块进行I O操作,提升了I O并行度,通过调度恢复I O和迁移I O的执行顺序,减少了数据恢复的执行时间.相比APHash数据放置算法,SCHash在数据恢复过程中,减少了46.71%~85.28%数据的迁移.在条带内重建时,恢复带宽提升了48.16%,在条带外节点重建时,恢复带宽提升了138.44%.     

逻辑进化存储系统的数据分布

针对现有存储系统不能很好的动态适应工作负载变化情况，本文提出了逻辑进化存储系统的概念，由此设计了一种适合不同磁盘阵列（RAID）之间动态转换的数据分布策略．根据这种策略推导出RAID在同步工作负载情况下的平均响应时间公式，计算出不同RAID级别在各种工作负载情况下的转换门限．为了提供最佳的服务特性，本文还提出根据数据访问的特征自动调节条带单元大小（SUS：Stripe Unit Size）的策略，并推导出磁盘阵列在不同工作负载情况下的最优SUS．最后，通过大量的实验验证了本文的分析结果．     

基于镜像和奇偶校验容许两个盘故障的磁盘阵列数据布局

通过讨论由数据条纹、其镜像和奇偶校验组成的校验条纹的容许两个盘故障的阵列布局,给出了一种新的阵列布局策略:把校验条纹的单元划分作为阵列布局的一个主要步骤,使得容许两个故障的条件通过校验条纹的单元划分来实现。为讨论容许多个盘故障的阵列布局提供了一条新途径。给出了校验条纹的容许两个故障的单元划分条件以及多种划分。对每个l(m+2l2m+1),利用给出的l—划分,设计了一种容许两个盘故障的阵列布局方案。给出的阵列布局方案具有高的可靠性、高的吞吐量、好的I/O性能以及简单的编码和解码算法。     

异构盘阵中最优Stripe Unit Size选择技术

缓解计算机IO子系统瓶颈的有效手段是采用磁盘阵列，配置时，SUS(Stripe Unit Size)的选择对盘阵性能的影响非常关键，而以往对异构盘阵的SUS的选择研究较少，该文推导出了确定异构盘阵最优SUS的方程，具体工作如下：首先，该文采用close队列网络模型来描述异构盘阵负载；然后，从该模型推导出系统数据传输率解析表达式，根据该表达式和异构盘阵中设备的特性，可求出使传输率最大的SUS，最后，研究中进行了大量的模拟试验，模拟试验表明在并发的进程数大于10时，所推导的结论与模拟结果非常吻合。     

磁盘阵列校验信息的放置策略

廉价磁盘冗余阵列（ＲＡＩＤ）采用许多小的廉价磁盘来代替大容量昂贵的磁盘，以取得更高的性能和更低的功耗。本文介绍了ＲＡＩＤ－５级磁盘阵列中校验信息的八种不同的分布策略，即奇偶校验信息的放置策略，并从几个不同的应用情况对不同的放置策略进行了研究，结论是不同的奇偶校验信息放置策略对磁盘阵列的Ｉ／Ｏ读写性能有很大的影响。