可扩展的附网存储系统的研究与实现

随着网络数字信息爆炸性的增长和应用高可用性的需求，海量、高可扩用性、高可展性的存储系统正成为网络存储领域的研究热点．针对这种情况，我们借助存储虚拟化和冗余技术，将多个NAS存储服务器器融合成一个可扩展的大NAS(SNAS：Scalable NAS)．在SNAS中：通过SNAS_UIOS_FS文件系统能将多个NAS融合成一个大的NAS，并向用户提供一个统一的存储视图；通过SNAS_LOADBA_FS文件系统能在多个NAS存储服务器之间提供负载均衡；通过iSCSI协议模块使SNAS能同时提供文件10和块10，它融合了NAS和SAN的优点．实验结果显示SNAS有超高速的文件I／O和块I／O响应速度．     

网络存储系统中I/O请求响应时间的研究

网络存储技术从很多方面改善了传统基于主机的存储系统的不足，但由于在数据存储和处理之间增加了网络，对整个I／O请求过程产生很大的影响，使得I／O性能难以准确地估计．通过对两种常用的网络存储系统——NAS和SAN的基本存储过程进行分析，提出了针对网络存储系统中I／O响应时间的性能评估模型．通过实验，发现这个模型在很大程度上能够对存储网络的性能进行评价．结果表明存储网络的性能不光和存储设备以及网络设备的物理性质有关，还和具体的负载状况密切联系．另一方面，FC(光纤通道)对负载状况的依赖性远远小于TCP／IP网络，就I／O响应速度而言，FC有更好的性能．     

使用聚集I/O传输的方法提高网络存储系统的性能

网络存储技术为存储系统提供了更高的扩展性、可用性以及更好的灵活性,并且已经广泛应用到各种领域．但小I／O严重影响网络存储系统的性能,现有的一些方法缺少理论模型．通过排队理论建立聚集I／O传输的数学模型,然后在典型的IP网络存储(NAS)系统中,分别在NAS存储设备和客户两端设计了聚集模块,称之为CFS(chunk file system),实现双向聚集I／O．最后对CFS进行了实验,结果和理论分析基本吻合,说明聚集I／O传输能够改善网络存储整体性能．     

一种基于iSCSI的网络RAID设计与实现

RAID是存储系统的基础和关键部件,它通过数据分布存储、并行访问以及信息冗余等技术,极大地扩大了存储容量、增强了I/O请求处理能力、提高了数据可靠性。论文将RAID的思想扩展到了分布的存储网络环境之中,设计了一种基于iSCSI的网络RAID系统,实现了系统原型,并对该系统进行了性能测试和分析。结果表明,该系统可以通过并行数据读写提高存取速度,通过奇偶校验技术提高数据的可靠性。     

嵌入式Linux下提高RAID性能的算法研究

在分析嵌入式Linux下驱动程序设计特点基础上，提出了一种提高存储I／O性能的新的RAID算法，并实现了相应的设备驱动和cache管理技术。通过对RAID5存储子系统进行的测试和性能分析，证明该方法是有效和可行的。     

一种基于iSCSI的对象存储安全系统的设计与实现

随着应用的高速发展，性能高、安全性强的IP存储正成为网络存储领域的研究热点。本文针对这种情况，在OSD命令集的基础上，设计了一种基于iSCSI协议的专用对象存储安全系统（iSCSI-based Object Storage Security System，iOBS3）。借助iSCSI的块数据通道和OSD内置的安全策略，使得iOBS3同时具备块I／O的高速传输带宽和对象I／O的访问控制能力；通过在IP层加入IPSec协议，提高了iOBS3的传输安全性；在发起端和目标端同时采用零拷贝TCP机制，大幅度地提高了iOBS3的I／O带宽。实验结果显示，相对iSCSI，iONS3在保证安全性的同时，具有更高的传输速度。     

RAID技术在iSCSI环境中的应用研究

分析传统RAJD的4种常见模式的技术特点，指出在iSCSI环境中运用RAID技术的重要性。介绍iSCSI RAID的概念，比较传统RAID和iSCSI RAID的异同，研究RAID技术对iSCSI存储的性能、可靠性和安全性的影响。概括iSCSI RAID的性能瓶颈，研究如何进一步提高iSCSIRAID的性能和可靠性。讨论了在iSCSI RAID中如何解决小写问题，并对iSCSI RAID的安全性进行初步研究。     

iSCSI同步镜像系统iS—RAID的设计与实现

iSCSI同步镜像系统iS—RAID是运行在Ljnux操作系统上,将磁盘阵列（RAID）技术运用到iSCSI存储网络中来实现同步镜像系统。通过对数据分布存储、并行访问以及信息冗余提高数据安全性。     

IP存储技术研究

IP存储是一种新的网络存储技术，它将SCSI协议映射到TCP／IP协议上，使得SCSI的命令、数据和状态可以在传统的IP网上传输，支持数据块形式的I／O访问和共享存储。本文主要研究iSCSI存储系统结构、iSCSI协议和iSCSI存储的关键技术。     

IBM强化NAS

对于中小企业或者独立的工作组级客户来说,他们需要什么样的存储解决方案呢?答案是既要满足大存储容量的需求,实现网络环境中的高效存储共享又要具有低价位和即插即用的便利。要完成这一任务,NAS 设备显然是近年出现在 IT 市场上令人瞩目的存储解决方案,因为 NAS 价格合理、便于管理、灵活且能实现高效文件共享。继 IBM 在2001年2月推出 NAS 300G网关及运用了 iSCSI 技术的 NAS200I 之后,IBM 公司日前在全球宣布推出了一整套 NAS(网络连接存储)存储产品系列,来满足那些希望降低存储访问和管理对服务器的依赖性并同时使用局域网     

NAS设备的磁盘调度模型分析

附网存储 (NAS)设备的性能目标是优化网络存储数据访问和存储子系统的管理 .本文旨在显示随着磁盘转速的增加 ,NAS应该从磁盘硬件的最佳工作性能出发 ,整体配合以提高它的 I/O操作性能 .为了发掘 NAS最佳的工作性能 ,我们建立同时基于磁臂位置和旋转位置的精确的磁盘调度模型 ,并提出测量调度算法性能的方法 .以 HP975 6 0性能参数为基础 ,进行理论分析和模拟测试 .结果磁盘转速越快 ,磁盘访问的开销越大 .因此 ,NAS设备的设计必须从整体上考虑磁盘调度策略的选择 ,并行多磁盘结构的选择 ,文件 cache的分配和文件系统布局等 ,以便提高网络存储数据访问的性能     

Deconstructing Network Attached Storage systems

Network Attached Storage (NAS) has been gaining general acceptance, because it can be managed easily and files shared among many clients, which run different operating systems. The advent of Gigabit Ethernet and high speed transport protocols further facilitates the wide adoption of NAS. A distinct feature of NAS is that NAS involves both network I/O and file I/O. This paper analyzes the layered architecture of a typical NAS and the data flow, which travels through the layers. Several benchmarks are employed to explore the overhead involved in the layered NAS architecture and to identify system bottlenecks. The test results indicate that a Gigabit network is the system bottleneck due to the performance disparity between the storage stack and the network stack. The tests also demonstrate that the performance of NAS has lagged far behind that of the local storage subsystem, and the CPU utilization is not as high as imagined. The analysis in this paper gives three implications for the NAS, which adopts a Gigabit network: (1) The most effective method to alleviate the network bottleneck is increasing the physical network bandwidth or improving the utilization of network. For example, a more efficient network file system could boost the NAS performance. (2) It is unnecessary to employ specific hardware to increase the performance of the storage subsystem or the efficiency of the network stack because the hardware cannot contribute to the overall performance improvement. On the contrary, the hardware methods could have side effect on the throughput due to the small file accesses in NAS. (3) Adding more disk drives to an NAS when the aggregate performance reaches the saturation point can only contribute to storage capacity, but not performance. This paper aims to guide NAS designers or administrators to better understand and achieve a cost-effective NAS.     

基于VDL的附网存储快照及在线备份新技术

针对现有NAS系统在快照及在线备份技术方面存在的问题,该文提出了一种通过虚拟设备层(VDL:VirtualDeviceLayer)实现了NAS的快照和在线备份技术。在VDL中:通过一个快照盘保存在快照和备份期间系统的写操作,实现NAS的快照和在线备份;以设备驱动模块实现,与具体的文件系统无关,使其适用性更为广泛,并让现有的离线备份软件实现在线备份功能;在驱动模块内部对数据的小写进行了优化,较大的提高了办公/工程环境下工作负载的小写性能;备份的初始化时间几乎可以忽略不计,大大提高了存储系统的可用性;实现了存储虚拟化功能,从而将多个存储接点整合成单一的存储池。通过大量的测试表明,VDL对系统整体I/O性能和应用程序影响很小,同时表现出优良的小写性能,达到了预期的效果。     

Block I/O Scheduling on Storage Servers of Distributed File Systems

This paper presents a new scheme of I/O scheduling on storage servers of distributed/parallel file systems, for yielding better I/O performance. To this end, we first analyze read/write requests in the I/O queue of storage server (we name them block I/Os), by using our proposed technique of horizontal partition. Then, all block requests are supposed to be divided into multiple groups, on the basis of their offsets. This is to say, all requests related to the same chunk file will be grouped together, and then be satisfied within the same time slot between opening and closing the target chunk file on the storage server. As a result, the time resulted by completing block I/O requests can be significantly decreased, because of less file operations on the corresponding chunk files at the low-level file systems of server machines. Furthermore, we introduce an algorithm to rate a priority for each group of block I/O requests, and then the storage server dispatches groups of I/Os by following the priority order. Consequently, the applications having higher I/O priorities, e.g. they have less I/O operations and small size of involved data, can finish at a earlier time. We implement a prototype of this server-side scheduling in the PARTE file system, to demonstrate the feasibility and applicability of the proposed scheme. Experimental results show that the newly proposed scheme can achieve better I/O bandwidth and less I/O time, compared with the strategy of First Come First Served, as well as other server-side I/O scheduling approaches.     

一种NAS系统的设计模型与性能分析研究

与传统的存储服务器相比，附网存储体系具有诸多的优点．它实现了数据在存储设备到客户机之间的直接传输，提高了系统的整体性能，是目前新型的分布式存储解决方案．文中分析了基于附网存储的数据传输特点，并在此基础上提出了系统实现的设计模型．同时，我们对两种不同的存储方案造成的性能差异进行了研究，结果表明，附网存储系统能够有效地减轻服务器的负载，更充分地利用网络资源，如磁盘中缓存、磁盘处理器性能等．     

基于RAM/Disk混合设备模型的FC-SAN存储系统

磁盘存取是基于光纤通道网络的SAN存储系统的目前性能瓶径，在综合和分析目前各种文件系统I／O操作工作负载的研究结果的基础上，提出了一个新的改进FC-SAN存储系统性能的方法：将各种文件系统I／O操作分为大数据量的文件读写操作、小数据量的文件读写操作和文件属性操作，大数据量的文件读写操作还是按照原来的I／O路径进行，存取物理磁盘；但其他各种文件操作包括小数据量的文件读写操作对基于内存的RAMDisk设备进行操作，实验结果显示，基于混合I／O子系统的FC-SAN存储系统的存取速率可以接近线速。     

基于DCD的块设备快照系统

提出了一种块设备快照系统SSDCD（snapshot system on DCD）：通过引入DCD（Disk Caching Disk）技术并加以改进,采用COW（copy on write）的方式,在设备驱动层实现了快照功能,缓解了快照后小写数据的读写对系统的影响,得到了很好的I/O性能.SSDCD系统没有改变文件系统和磁盘数据结构,因而具有很强的适应性.     

SSDKV:一种SSD友好的键值对存储系统

当前大量键值对(Key-Value)存储系统使用固态硬盘(SSD)改善系统的I/O响应速度。但是现有的键值对存储系统应用程序使用标准文件系统处理数据在固态硬盘上的存储,这对应用程序而言底层固态盘的物理特性被屏蔽,同时固态盘也无法针对应用程序的特定I/O模式进行优化,使得基于固态盘的键值对系统性能没有得到充分发挥。针对此问题,设计了同时考虑键值对应用程序存取行为和SSD存储器访问特性的存储管理模块,并与LevelDB结合实现了一种轻量级的、将上层应用与底层存储集成一体的键值对系统—SSDKV。它提供键值对接口给外部程序,结合键值对数据的特点构造适应SSD的数据布局。SSDKV简化了传统文件系统对键值对数据的额外处理,并根据键值对数据的类型及其存取模式对SSD存储空间进行有效管理,使得基于SSD设备的键值对系统性能进一步提高。通过基准程序测试,与运行于传统文件系统上的LevelDB相比,SSDKV使得写性能提高达4倍,读性能提高达1.5倍。