廣域網(wǎng)存儲(chǔ)系統(tǒng)副本管理問(wèn)題研究.pdf

1、基于對(duì)等技術(shù)的廣域網(wǎng)存儲(chǔ)系統(tǒng),可以滿(mǎn)足當(dāng)前眾多新興應(yīng)用對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)可靠性、可用性及可伸縮性的需求,是現(xiàn)階段及未來(lái)存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)主要方向。與傳統(tǒng)的基于DAS、NAS或SAN等技術(shù)的存儲(chǔ)系統(tǒng)不同,廣域網(wǎng)存儲(chǔ)系統(tǒng)通過(guò)使用對(duì)等技術(shù),在上層應(yīng)用與底層存儲(chǔ)設(shè)備之間加入了一個(gè)功能豐富的中間層,而且對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)這些功能都是透明的,因而使存儲(chǔ)系統(tǒng)呈現(xiàn)出智能化的特征。副本管理是構(gòu)建廣域網(wǎng)存儲(chǔ)系統(tǒng)的核心技術(shù),它直接影響著存儲(chǔ)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的可靠性、可用性及訪問(wèn)效

2、率,甚至關(guān)系到整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)的成敗,因而十分必要對(duì)副本管理進(jìn)行詳細(xì)深入的研究。 廣域網(wǎng)存儲(chǔ)系統(tǒng)的副本管理分為副本定位與路由、副本一致性保持與副本散布三個(gè)部分。其中,副本定位與路由是副本一致性保持與副本散布的基礎(chǔ),而副本一致性保持又是副本散布的基礎(chǔ),這三者之間聯(lián)系緊密,相互影響,缺一不可。本論文的研究工作主要集中在這三個(gè)方面。 文章按照功能對(duì)廣域網(wǎng)存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行了層次結(jié)構(gòu)劃分,詳細(xì)說(shuō)明了各層研究的主要問(wèn)題及當(dāng)前研究進(jìn)展,并深入

3、討論了副本管理在其中所起的作用,而后在此基礎(chǔ)上提出了一種通用的副本訪問(wèn)模型,并一直圍繞該訪問(wèn)模型進(jìn)行討論。 首先,針對(duì)副本定位與路由問(wèn)題。提出了一種適應(yīng)于節(jié)點(diǎn)異構(gòu)性及系統(tǒng)規(guī)模動(dòng)態(tài)變化的基于前綴匹配的路由算法ROL。當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模較大,且節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)性很高時(shí),ROL算法通過(guò)在每個(gè)子節(jié)點(diǎn)保存少量的路由信息,有效的降低了節(jié)點(diǎn)負(fù)載,與其它路由算法不同的是,ROL算法可根據(jù)節(jié)點(diǎn)的能力的不同動(dòng)態(tài)擴(kuò)展路由表的大小,從而可以更有效的利用節(jié)點(diǎn)的資源。當(dāng)系

4、統(tǒng)規(guī)模較小,且節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)性不高時(shí),ROL算法通過(guò)在每個(gè)子節(jié)點(diǎn)保存到系統(tǒng)所有節(jié)點(diǎn)的路由信息,極大的提高了數(shù)據(jù)查詢(xún)效率,當(dāng)節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)加入或離開(kāi)系統(tǒng)時(shí),它借助于一個(gè)新穎的低代價(jià)事件通知機(jī)制,將通知消息發(fā)送到所有節(jié)點(diǎn),保證了各節(jié)點(diǎn)路由信息的正確性,與其它的類(lèi)似路由算法相比,ROL算法在獲得相同的數(shù)據(jù)查詢(xún)效率的同時(shí),極大的減輕了對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用,因而更適合于實(shí)際應(yīng)用。進(jìn)一步,針對(duì)ROL算法使用過(guò)程中邏輯拓?fù)渚嚯x與底層實(shí)際物理網(wǎng)絡(luò)距離相脫節(jié)的問(wèn)題,提出

5、了路由表項(xiàng)的概率選擇算法,更進(jìn)一步提高了算法性能。模擬實(shí)驗(yàn)表明ROL算法可以有效的適應(yīng)節(jié)點(diǎn)異構(gòu)化的特征,具有明顯的性能優(yōu)勢(shì),因而具有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。其次,針對(duì)副本一致性保持問(wèn)題。從理論上分析了副本達(dá)到一致的條件,并對(duì)基于樂(lè)觀復(fù)制技術(shù)的會(huì)話一致性進(jìn)行了詳細(xì)研究,提出了基于會(huì)話的副本-致性保持原理。在此基礎(chǔ)上提出了保持廣域網(wǎng)存儲(chǔ)系統(tǒng)副本一致性的HDR算法,詳細(xì)討論了HDR算法的操作定序、事務(wù)控制與并發(fā)更新機(jī)制。HDR算法融合了傳統(tǒng)悲觀復(fù)

6、制技術(shù)與樂(lè)觀復(fù)制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),實(shí)驗(yàn)表明,HDR算法具有較低的操作拒絕率與較優(yōu)的操作響應(yīng)時(shí)間,完全可以滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的需求。 最后,針對(duì)副本散布問(wèn)題。首先提出了保證副本可靠性的副本數(shù)量選擇與維護(hù)算法。然后,通過(guò)使用經(jīng)濟(jì)學(xué)中的純策略納什均衡理論對(duì)副本位置散布問(wèn)題進(jìn)行了研究,在節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)空間有限及數(shù)據(jù)對(duì)象大小不同的情況下證明了純策略納什均衡的存在性,并在此基礎(chǔ)上提出了構(gòu)建副本散布純策略納什均衡狀態(tài)的TPNE算法,進(jìn)一步對(duì)TPNE算法的運(yùn)行效