虚拟化存储技术研究
虚拟存储是存储技术发展的重要方向之一.目前,虚拟存储技术取得了很大进展,很多产品化的解决方案已经出现,典型的如磁盘卷管理、磁带库虚拟化管理以及形式多样的SAN解决方案等.它们分别从主机,设备和网络的角度提供了一些通用的解决方法,但是仍有很多特定的问题亟待解决,如不同类设备的归一化管理,并行I/O调度、高带宽任务条件下产生的传输"瓶颈",网络应用中"热点"数据的服务损失,以及磁带库设备随机I/O性能的改善等.这些问题是通用虚拟化方法难以兼顾的,有必要深入到操作系统底层进行研究,在设备驱动栈中找到适当的切入点实现虚拟化,并通过并行或缓冲的调度方式向上层应用提供支撑.中间驱动层可实现存储的虚拟化.它向上与文件系统接口,向下与适配器驱动接口,其功能是将上层的I/O请求转化为标准的接口命令,为此操作系统为不同类的设备提供了相应的类驱动程序.基于这些驱动程序我们提出了公用驱动程序的概念,对公用中间驱动程序而言,所有类别的存储资源都是可见的,因此可以在这里构建虚拟存储池,实现异类设备的归一化管理.适配器驱动层也可实现存储的虚拟化.在适配器驱动层,与适配器相连的所有外部设备都是可见的,因此可将它们集中起来进行处理.在适配器驱动程序中,可以将发往虚拟设备的I/O命令分配到单适配器内的多通道或者多适配器内的多通道并行执行.由于实现了I/O命令的并行处理,虚拟设备的I/O性能可得到显著提高.建立多通道并行调度的SPN模型可以分析并行调度各个环节对虚拟设备性能的影响.对比两个驱动层次实现虚拟化的方法发现,中间驱动层的虚拟化可以屏蔽设备物理属性的差异,有利于改善系统的易用性和可管理性.适配器驱动层的虚拟化可实现I/O命令的并行处理,有利于提高系统的I/O性能.实现任务级I/O的并行处理的关键是任务的调度,而任务调度与任务执行环境密切相关.为此从实际需求出发,运用中间驱动层的虚拟化技术对解决这一问题进行了研究.针对高带宽任务条件下的传输"瓶颈"问题,提出了一种分布存储—并行传输策略,可将单服务器的传输任务分配到多节点并行执行,从而达到提高传输速度的目的.主动的在线存储是磁带库设备应用的发展趋势之一.要达到这个目的必须改善磁带库的随机I/O速率.针对这个命题,前人已经进行了很多研究工作并取得了一些成果,但仅限于磁带库本身的调度,没有考虑使用其他方式提高速率的问题.在总结现有磁带库随机I/O调度算法的基础上,我们提出了一种以磁盘驱动器作读写缓存的缓冲调度策略,籍以加快随机数据的处理速率.
设备驱动栈;虚拟存储;并行I/O调度;缓冲命中率;I/O响应时间
华中科技大学
博士
计算机系统结构
张江陵
2004
中文
TP333.96
134
2005-08-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）