廣域網(wǎng)存儲系統(tǒng)副本管理問題研究.pdf

1、基于對等技術的廣域網(wǎng)存儲系統(tǒng),可以滿足當前眾多新興應用對存儲系統(tǒng)可靠性、可用性及可伸縮性的需求,是現(xiàn)階段及未來存儲技術發(fā)展的一個主要方向。與傳統(tǒng)的基于DAS、NAS或SAN等技術的存儲系統(tǒng)不同,廣域網(wǎng)存儲系統(tǒng)通過使用對等技術,在上層應用與底層存儲設備之間加入了一個功能豐富的中間層,而且對用戶來說這些功能都是透明的,因而使存儲系統(tǒng)呈現(xiàn)出智能化的特征。副本管理是構建廣域網(wǎng)存儲系統(tǒng)的核心技術,它直接影響著存儲系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的可靠性、可用性及訪問效

2、率,甚至關系到整個存儲系統(tǒng)的成敗,因而十分必要對副本管理進行詳細深入的研究。 廣域網(wǎng)存儲系統(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,而副本一致性保持又是副本散布的基礎,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方面。 文章按照功能對廣域網(wǎng)存儲系統(tǒng)進行了層次結構劃分,詳細說明了各層研究的主要問題及當前研究進展,并深入

3、討論了副本管理在其中所起的作用,而后在此基礎上提出了一種通用的副本訪問模型,并一直圍繞該訪問模型進行討論。 首先,針對副本定位與路由問題。提出了一種適應于節(jié)點異構性及系統(tǒng)規(guī)模動態(tài)變化的基于前綴匹配的路由算法ROL。當系統(tǒng)規(guī)模較大,且節(jié)點動態(tài)性很高時,ROL算法通過在每個子節(jié)點保存少量的路由信息,有效的降低了節(jié)點負載,與其它路由算法不同的是,ROL算法可根據(jù)節(jié)點的能力的不同動態(tài)擴展路由表的大小,從而可以更有效的利用節(jié)點的資源。當系

4、統(tǒng)規(guī)模較小,且節(jié)點動態(tài)性不高時,ROL算法通過在每個子節(jié)點保存到系統(tǒng)所有節(jié)點的路由信息,極大的提高了數(shù)據(jù)查詢效率,當節(jié)點動態(tài)加入或離開系統(tǒng)時,它借助于一個新穎的低代價事件通知機制,將通知消息發(fā)送到所有節(jié)點,保證了各節(jié)點路由信息的正確性,與其它的類似路由算法相比,ROL算法在獲得相同的數(shù)據(jù)查詢效率的同時,極大的減輕了對網(wǎng)絡帶寬的占用,因而更適合于實際應用。進一步,針對ROL算法使用過程中邏輯拓撲距離與底層實際物理網(wǎng)絡距離相脫節(jié)的問題,提出

5、了路由表項的概率選擇算法,更進一步提高了算法性能。模擬實驗表明ROL算法可以有效的適應節(jié)點異構化的特征,具有明顯的性能優(yōu)勢,因而具有很高的實際應用價值。其次,針對副本一致性保持問題。從理論上分析了副本達到一致的條件,并對基于樂觀復制技術的會話一致性進行了詳細研究,提出了基于會話的副本-致性保持原理。在此基礎上提出了保持廣域網(wǎng)存儲系統(tǒng)副本一致性的HDR算法,詳細討論了HDR算法的操作定序、事務控制與并發(fā)更新機制。HDR算法融合了傳統(tǒng)悲觀復

6、制技術與樂觀復制技術的優(yōu)點,實驗表明,HDR算法具有較低的操作拒絕率與較優(yōu)的操作響應時間,完全可以滿足實際應用的需求。 最后,針對副本散布問題。首先提出了保證副本可靠性的副本數(shù)量選擇與維護算法。然后,通過使用經(jīng)濟學中的純策略納什均衡理論對副本位置散布問題進行了研究,在節(jié)點存儲空間有限及數(shù)據(jù)對象大小不同的情況下證明了純策略納什均衡的存在性,并在此基礎上提出了構建副本散布純策略納什均衡狀態(tài)的TPNE算法,進一步對TPNE算法的運行效