基于以太网的不对称iSCSI协议研究.pdf

.(HunanNormalUniVersity)puterScienceandTechnologyintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorAssociateProfessorTANHuailiangJune,2010湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名:寿期堑日期:沙I口年7月I2日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于l、保密口,在年解密后适用本授权书。2、不保密团。(请在以上相应方框内打“/’,)日期:-7月l二日日期:2。f口年7月17,日随着信息时代的发展,海量数据的存储处理成为关键问题,计算机系统的中心将逐步向存储系统转移。因此网络存储得到迅速发展,特别是基于以太网的存储系统的出现,使得网络存储系统的普及成为可能。目前以太网存储系统主要是基于TCP协议的iSCSI系统,TCP协议在实现方面比较保守,使得iSCSI系统利用传输带宽较低,CPU资源占用较多。iSCSI协议开销过高导致系统性能降低,因此改善传输协议性能有利于提高iSCSI存储系统性能。基于以上原因,本文提出了基于以太网的不对称iSCSI协议研究,即在传输层同时使用UDP和TCP,TCP主要用于动态速率控制和重传处理,并把它们作为iSCSI协议栈的并行传输层。本文完成的主要研究工作如下:(1)高速可靠UDP协议:可靠UDP位于应用层,在内核与应用层都设计了UDP缓冲区,并给出可计算模型来对一些特征参数进行优化(缓冲区大小,传输速率等)。对发送者和接收者的数据流及结构和动态速率控制算法做了细节描述。同时还给出了缓冲区数据排序算法和优化内存管理算法,最后从实验中对本文描述的高速可靠UDP协议与其他的基于UDP的协议(Hurricane、UDT等)进行对比分析。(2)基于高速可靠UDP协议的iSCSI的改进:对iSCSI协议的PDU进行扩展以支持UDP数据传输,并对命令连接忠贞进行补充说明,接着使用有限状态机模型和着色Petri网对iSCSI的connection状态进行分析简化。(3)基于高速可靠UDP协议的iSCSI设计和实验分析:提出基于UDP数据传输的不对称iSCSI模型,使用iSCSI的数据序号和错误恢复机制来保障数据可靠,对新的iSCSI的读写过程进行了描述,并通过实验来测试比较不对称iSCSI与标准的iSCSI性能。实验结果表明,不对称iSCSI能提高大概23%~32%的读吞吐率,19%-27%的写吞吐率。并且降低了5%~17%的CPU禾iJ用率。充分说明了基于高速可靠UDP数据传输的不对称iSCSI协议的优势。关键词:网络存储;iSCSI;高速可靠UDP;有限状态机;着色Petri网基于以太网的不对称iSCSI协议研究AbstractWiththeinformationage,massdatastoragedandprocessedisthekeyissue,,workstorage,,,storagesystemismainlybasedoniSCSIofTCPprotocol,implementationofTCPprotocolisalittlemoreconservative,usinglowbandwidth,,overheadofiSCSIprotocolistoohighcausingthesystemperformancedecreased,,,whichusesUDPandTCPatthetransportlayer,TCPismainlyusedfordynamicratecontrolandretran