文档介绍：上海交通大学
硕士学位论文
RAID系统磁盘Cache设计及其自适应性的研究
姓名:刘亮
申请学位级别:硕士
专业:控制理论与控制工程
指导教师:施亮
20060201
上海交通大学硕士学位论文
RAID 系统磁盘 Cache 设计及其自适应性的研究
摘要
在飞速发展的信息技术中,随着计算机的普及和数字技术的发
展,越来越多的信息被数字化,尤其是伴随着的发展,数据
呈爆炸式增长。因而存储服务市场将迎来飞速发展的时期。基于
的应用比如电子商务、电子邮件和客户关系管理(CRM)等
将成为存储服务的主要市场,因为他们都需要对大量数据的快速访
问。
现代存储系统基本上已经脱离了主机成为独立的系统,它正朝着
高可靠性、高可用性、高性能(I/O 率和数传率)、动态可扩展性、
易维护性和开放性等方向发展。随着超大规模集成电路 VLSI 技术
的发展,CPU 芯片的处理速度也飞速增长,基于同种结构的主存的
性能亦有相应改善,但整个系统的性能并未得到相应提高,这主要
是由于作为主要外存储器的磁盘虽然在容量上有了很大提高,但是
在存取速度上却是改善甚微。随着存储系统日益广泛的运用,以磁
盘作为主要外存储器的存储子系统逐渐成为影响整个系统性能的关
键部分。磁盘作为计算机系统中的机电部件,本身受到机械执行惯
性的制约,其 I/O 性能始终不能令人满意,磁盘 I/O 逐渐成为计算机
系统性能提高的瓶颈。因此,提高磁盘 I/O 性能是提高整个系统性
能有着极其重要的意义。
磁盘 Cache,又称为磁盘高速缓存,它是专门为提高系统磁盘的
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I/O 性能而设计的,如何利用磁盘 Cache 技术来提高 RAID 系统的性能
是本文的主要研究工作。而现今流行的磁盘 cache 算法的工作效率
一般都与工作负载的类型和 cache 的参数设置有很大的关联,自适
应性很差。在参阅大量文献的同时,本文通过引入自动控制的基本
原理,分析了传统的磁盘 cache 实际是一种开环控制,并创新性地
提出了一种基于反馈的闭环磁盘 cache 控制模型,提高了磁盘 cache
模块的自适应性。
本文结合了实验室 RAID 开发项目,在设计过程中,还创新性
地提出了磁盘 Cache 的固定堆开放哈希索引方式来提高 Cache 的索
引速度。此外,本文将读 cache 和写 cache 分开设计不仅能提高系统
的 I/O 速度,而且还能增强系统的容错性能。
关键词:RAID,磁盘 Cache,自适应,闭环
上海交通大学硕士学位论文
RESEARCH AND DEVELOPMENT OF
ADAPTIVE DISK CACHE ON RAID
ABSTRACT
With the development of digital technology and the popularization
puter application, more and more information is digitalized in
today’s fast developing information technology. Special thanks to the
development, the amount of digital data is explosively increasing.
All of these bring a boom of storage market, such as based email,
e-business, and custom relationship management (CRM) and so on.
These important applications rely on fast access of a very large mount of
data.
The modern storage system mainly es an independent system
which has the features of high reliability, high I/O speed, dynamic expand
ability and an easy way to maintenances. As a result of VLSI technology
development, the performance of IC chips such as CPU and memory
boosts according to Moore’s Law, but the d