面向高性能計(jì)算的軟件定義存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著高性能計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域的不斷增加和數(shù)字化信息規(guī)模的不斷擴(kuò)展，使得存儲(chǔ)系統(tǒng)在高性能計(jì)算機(jī)中占據(jù)了越來(lái)越重要的地位。同時(shí)對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能也提出了更高的要求，主要包括：高速的I/O傳輸能力、并發(fā)的分組處理能力，擁塞控制，用戶(hù)帶寬保證，高可靠性等。存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)作為存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間通信的樞紐，其性能高低對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)有很大影響。然而，傳統(tǒng)存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)也面臨一些問(wèn)題：軟件開(kāi)銷(xiāo)大、擁塞控制復(fù)雜、用戶(hù)帶寬合理劃分難度大等。針對(duì)高性能計(jì)算存儲(chǔ)訪(fǎng)問(wèn)及存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)所面臨的嚴(yán)

2、峻挑戰(zhàn)，在深入研究當(dāng)前高性能計(jì)算存儲(chǔ)系統(tǒng)架構(gòu)的基礎(chǔ)上，同時(shí)借鑒軟件定義存儲(chǔ)技術(shù)的思想，本文提出了面向高性能計(jì)算的軟件定義存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)SoSG（Software-defined Storage Gateway）的模型。
　　本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括：
　　1）提出了軟件定義存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)的概念和模型。設(shè)計(jì)了軟件定義存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān) SoSG的控制平面、轉(zhuǎn)發(fā)平面的功能模塊及控制器與存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)之間的抽象表示和相關(guān)接口，從而使得網(wǎng)絡(luò)配置更加靈活、快捷

3、，系統(tǒng)管理更加方便，故障排查更加容易。詳細(xì)描述了SoSG的工作原理和工作流程，提出了用戶(hù)策略的解析映射機(jī)制以及數(shù)據(jù)平面處理流程。
　　2）對(duì)軟件定義存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析及深入研究；根據(jù)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景建立多節(jié)點(diǎn)流量分配模型，提出基于用戶(hù)需求及網(wǎng)關(guān)資源現(xiàn)狀的準(zhǔn)入控制算法，降低網(wǎng)絡(luò)擁塞發(fā)生概率，滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)帶寬資源的需求；深入研究存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)及IB節(jié)點(diǎn)的地址映射機(jī)制，實(shí)現(xiàn)報(bào)文快速轉(zhuǎn)發(fā)，解決協(xié)議轉(zhuǎn)換過(guò)程中軟件開(kāi)銷(xiāo)大的問(wèn)題；研究SoSG

4、 IB接口的速率調(diào)節(jié)機(jī)制及實(shí)現(xiàn)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)對(duì)接口速率協(xié)商實(shí)時(shí)性的要求，有效解決了網(wǎng)關(guān)耗能問(wèn)題。
　　3）對(duì)軟件定義存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)模型進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。對(duì)SoSG的應(yīng)用場(chǎng)景、實(shí)現(xiàn)模型進(jìn)行了設(shè)定。對(duì)SoSG接口實(shí)現(xiàn)模型進(jìn)行深入分析，為IB接口鏈路初始化及速率動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)提供理論基礎(chǔ)。對(duì)SoSG各模塊的具體功能進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，提高了各模塊之間的關(guān)聯(lián)性及其工作效率，保證 SoSG整體性能的提升。詳細(xì)描述SoSG的工作流程，包括開(kāi)放的控制策略映

5、射方法及多協(xié)議數(shù)據(jù)平面處理流程，使得SoSG更加清晰易懂。
　　4）測(cè)試軟件定義存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)的原型系統(tǒng)性能并對(duì)其性能進(jìn)行分析。結(jié)果表明， SoSG原型系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)與 IB網(wǎng)絡(luò)之間數(shù)據(jù)流的高速轉(zhuǎn)發(fā)，用戶(hù)帶寬需求能夠得到很好的保證，SoSG IB接口速率可以實(shí)時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，系統(tǒng)管理的工作量大幅度減小。本文提出的軟件定義存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)具有很高的可用性，適合部署到實(shí)際的環(huán)境中去。
　　綜上所述，為了解決目前存儲(chǔ)系統(tǒng)及存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)存在的問(wèn)題，