Lustre文件系统的性能优化研究

为了进一步推动Lustre在海量存储系统中的应用,在分析其系统结构和数据存储分发机制的基础上,研究如何更全面的优化配置Lustre。结合具体实验环境,首先对比不同网络传输性能对Lustre文件系统的影响;其次深入剖析Lustre自身结构的特点,制定优化策略,同时针对不同的客户端配置也进行了测试优化研究。最后,根据实验结果进一步明确并扩充了影响Lustre文件系统性能的因素,提出一种整体优化Lustre的方案。     

Lustre设置优化分析

在影响Lustre文件系统读写性能的因素中,Lustre文件系统的自身设置是非常重要的,所以研究Lustre文件系统的性能就需要在这个方面进行详细的实验测试,并根据实验结果进行分析,才能提出更符合应用需求的Lustre文件系统读写优化方案。     

Lustre集群文件系统实例分析

随着计算机技术的发展,集群系统的应用越来越广泛。在各种高性能计算机解决方案中,基于linux的高性能科学计算集群是比较流行的低成本方案。本文介绍了Linux高性能集群及集群文件系统的相关技术,并通过实例展现搭建集群文件系统的过程。     

基于Lustre文件系统的MPI-IO编程接口改进

针对传统MPI集群并行I/O效率不高的问题,通过分析Lustre并行文件系统的特点和MPI-IO集中式I/O操作的算法,提出了一种基于MPI-IO编程接口的改进方案,用以改善集群I/O瓶颈,提高I/O并行效率,并通过实验验证了该方案的可行性。     

NFS over Lustre性能评测与分析

传统的网络文件系统难以满足高性能计算系统的I/O 需求，基于对象存储的全局并行文件系统Lustre可以有效地解决传统文件系统在可扩展性、可用性和性能上存在的问题。该文介绍了Lustre文件系统的结构及其优势，对NFS over Lustre 进行了性能测试，并将测试结果与Lustre文件系统、NFS网络文件系统及本地磁盘Ext3文件系统的性能进行了比较分析，给出了性能差异的原因，提出了一种可行的解决方法。     

Lustre文件系统元数据服务恢复机制的改进

Lustre的重启恢复算法需要集群中所有客户端在指定的恢复时间窗口内与服务器重新建立连接,客户端重传未提交的事务请求,服务器严格按照事务序列号重放所有未提交的事务,要求过于严格。针对Lustre可恢复性不强的缺点,提出了基于版本的恢复和共享时提交算法,它们分别对Lustre现有的元数据更新和恢复机制进行了改进和扩展,根据事务之间的依赖关系,允许客户端在更为宽松的条件下进行恢复并加入到集群而不被驱逐,提高了Lustre文件系统的可用性和可恢复性。最后通过一系列实验对改进后的算法的性能进行了评估。     

并行文件系统Lustre细粒度I/O性能优化

并行文件系统Lustre粗粒度I/O性能良好,细粒度I/O性能相对粗粒度I/O比较低下,因此优化细粒度I/O性能成为提高系统整体I/O性能的关键问题。在研究和分析了Lustre的I/O访问模式、细粒度I/O服务流程和页面替换算法等方面后,提出了细粒度优先（Fine Grained First,FGF）LRU算法。在OST端及Client端的页高速缓存中最大程度地保留细粒度I/O的页面,降低细粒度I/O引起的页面下沉速度,延长细粒度I/O页面在主存中的时间,进而减少对磁盘的访问次数,降低磁盘访问开销。通过对实验数据的对比和分析,验证了FGF-LRU算法的有效性。在不影响粗粒度I/O性能的情况下,提高了细粒度I/O性能,最终实现提高系统整体I/O性能。     

Lustre文件系统I/O锁的应用与优化

分布式文件系统需要有一种机制对来自各个客户端的并发访问进行控制,维护文件数据的一致性。锁是实现并发控制最流行的机制。研究了Lustre文件系统的分布式I/O范围锁的模型,并对它的各种应用进行了优化。介绍了Lustre分布式锁的基本概念,对基于锁实现数据客户端写回缓冲以及多写者文件大小的动态获取的算法进行了分析;提出自适应I/O锁策略,基于区间树的范围锁冲突检测优化策略以及客户端锁淘汰策略来增强Lustre锁服务的性能和扩展性。     

Filter Cache:一种提高Lustre I/O性能的方法

高性能计算系统需要一个可靠高效的并行文件系统.Lustre集群文件系统是典型的基于对象存储的集群文件系统,它适合大数据量聚合I/O操作.大文件I/O操作能够达到很高的带宽,但是小文件I/O性能低下.针对导致Lustre的设计中不利于小文件I/O操作的两个方面,提出了Filter Cache方法.在Lustre的OST组件中设计一个存放小文件I/O数据的Cache,让OST端的小文件I/O操作异步进行,以此来减少用户感知的小文件I/O操作完成的时间,提高小文件I/O操作的性能.     

面向Lustre集群存储的错误日志分析及系统优化

集群存储系统的错误日志信息有助于优化存储系统的可用性和稳定性。现有存储系统错误探究主要针对单机存储系统或集群存储系统的部分功能进行分析评估,缺乏在实际应用场景下,同一生产环境中,长时间、多视角的探究工作。新型功能模块的不断融入,使得集群存储系统日益庞杂,集群存储系统自身引发的错误层出不穷,给各类研发人员带来了困扰与挑战。针对以上问题,提出了面向Lustre集群存储的错误日志分析及系统优化策略,通过收集连续1 673天的错误日志,研究了近2.26 GB的Lustre错误日志,分析了多个版本Lustre错误的特点与问题,揭示了集群存储系统各方面的不足与错误,研究了不同Lustre版本错误的影响因素,总结了Lustre集群在实际生产环境中的常见错误,并给出了相应的解决方案。对Lustre系统研发有了许多新的见解,并总结了14个发现,最后通过采集333天的新增错误记录对14个发现进行了相关验证,给出了一些系统错误优化实例。相关测试表明,优化实例可以显著减少错误数量,提高系统的可用性和稳定性,研究结果和建议对集群存储系统本身的发展以及集群存储系统的运行和维护都有一定的参考价值。     

基于策略的对象存储文件系统管理模型研究

基于对象存储文件系统结构特点和策略管理思想,提出了对象存储文件系统管理的一般模型.定义了两种策略结构,并通过分析对象存储文件系统节点状态转换逻辑关系,给出了管理策略订制的理论依据.模型及其管理策略订制方法在Lustre对象存储文件系统中得到应用,效果良好.     

面向Lustre集群存储的应用日志分析及系统自动优化框架

在科学计算、大数据处理和人工智能等领域,对相关应用负载进行研究,分析负载I/O模式,揭示应用负载变迁规律等,对指导集群存储系统性能优化十分重要。当前应用种类繁多并且应用快速迭代更新,复杂的环境使得对应用负载的特性挖掘充满挑战。针对以上问题,在生产环境中收集了5个Lustre集群存储共计326天的应用日志信息,对应用负载的访问、负载特性进行了深入的探究与分析,并对已有观察进行了验证和补充。通过对应用日志信息横向、纵向和多维度对比分析与信息挖掘,总结了4个发现,并研究相关发现与以往工作的关联性,结合实际生产环境,给出了相应的系统优化策略与切实可行的实施方案,为用户、维护人员、上层应用开发者和多层存储系统设计等人员提供了相关参考与建议。同时,针对实际应用环境复杂、系统优化工作耗时费力等问题,设计并实现了一种系统自动优化框架(SAOF),SAOF可为指定应用负载提供资源预留、带宽限定等功能,初步测试表明,SAOF能根据系统资源与任务负载需求为不同任务提供自动化的QoS保障。     

基于TCP/IP的智能汽车控制系统设计

针对现场总线存在传输速率低、成本相对较高等问题,设计了一种基于TCP/IP协议的工业以太网实现嵌入式环境下Server/Client结构的控制系统。重点阐述了系统的网络通信、软件结构和控制方式,并说明了如何采用XML语言进行帧数据传递。通过研究消息队列调度算法和共享缓冲池数据聚类以增强系统实时性和达到告警、控制的目的。系统实验表明,采用工业以太网总线方式,具有通信速率高、开放性好、成本低廉的优点。该设计应用在智能汽车辅助驾驶和控制系统中是一种可行、有效的方法。     

基于TCP/IP协议的高精度多路超声信号采集系统

针对超声结构探测应用中回波信号信噪比低且动态范围大的特性,提出了一种基于分布式总线型结构的多路数据采集系统。该系统以DSP器件为控制核心,配合网络接口芯片实现了基于TCP/IP协议的节点间通信,同时在信号采集前端采用基于预采样的自动增益技术,提高了采集精度。通过测试表明,该系统具有良好的性能,具有较高的实用价值。     

基于B/S模式的嵌入式视频监控系统的设计

以ARM9处理器S3C2440为核心芯片搭建硬件平台,采用嵌入式Linux操作系统为软件开发平台,设计了一种基于B/S模式的嵌入式视频监控系统的设计方案.通过构建流媒体服务器,完成视频数据的采集、压缩、传输和保存.采用TCP/IP网络协议,移植了Web服务器,开发了Java Applet程序,用户通过浏览器即可对远程视频进行实时监控.系统具有实时性强、体积小、成本低廉、性能稳定、交互性好等特点,具有广泛的应用价值.     

DSP测试系统设计和以太网接口通信的实现

针对控制系统现场调试的不便,提出采用以太网的方式实现控制系统的远程调试.该方法根据以太网高带宽、远距离的特点,采用以太网控制芯片和软硬件相结合的方式,实现了DSP控制系统的以太网数据传输.详细介绍了以太网控制芯片RTLS019AS的主要性能特点、DSP以太网通信的硬件电路图和软件流程.通过该以太网控制芯片RTLS019AS和经过剪裁的TCP/IP协议,成功实现了DSP TMS320VC5402芯片与PC机的以太网通信.