混合存储系统高效快照技术研究.pdf

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1、混合存储系统高效快照技术研究王晓2015年1月中图分类号：TP333UDC分类号：004.62混合存储系统高效快照技术研究作者姓名王晓学院名称计算机学院指导教师谭毓安教授答辩委员会主席况晓辉申请学位工学硕士学科专业计算机体系结构学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月EfficientSnapshotofHybridStorageSystemCandidateName：XiaoWangSchoolorDepartment：ComputerScienceFacultyMentor：Prof.Yu’anTanC

2、hair,ThesisCommittee:Prof.XiaohuiKuangDegreeApplied：MasterofComputerScienceMajor:ComputerArchitectureDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:January，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，

3、也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要传统数据保护技术通常基于HDD实现，并未针对新兴SSD进行优化，因此严重影响了SSD的实际存储性能。为了充分利用SSD的性能优势与HDD的容量优势，本文设计实现了基于SSD/HDD混合存储结构的高效备份系统。通过平行存储结构模型，SSD与HDD被分别部署在应用系统与备份系统中，并行工作满足不同的存储需求。SSD用

4、于应用数据I/O操作的高效执行，HDD用于应用历史操作的高容量备份。应用系统与备份系统相互独立，通过备份缓存中的同步机制进行操作协调，能够充分利用SSD的性能优势与HDD的容量优势。系统间的操作同步机制基于令牌算法实现，应用系统消耗令牌而备份系统产生令牌，当令牌被耗尽时，应用系统被阻塞直至备份操作完成，从而实现二者之间操作的同步。由于SSD的性能远远高于HDD，为了平衡应用系统与备份系统之间的性能，本文设计了SSD与HDD的比例部署的模型，通过HDD阵列提高备份系统的存储系统，降低备份操作对应用系统的影响。此外，为了

5、实现灵活的数据备份，本文设计了镜像快照与带元数据链接指针的CDP等备份方案，并设计了对应的HDD磁盘数据布局及调度算法，以提高系统的备份效率与数据恢复效率。本文最后基于RAID环境构建了实际系统，并通过IOmeter、标准TRACE等负载对系统的可靠性与性能进行测试。实验结果显示，本文系统具有良好的工作可靠性，在满负载情况下性能抖动基本维持在15%以内，同时同步机制有效实现了应用系统与备份系统间的操作协调，保障了数据间的一致性。而性能测试显示，本文系统的平均IOPS为传统备份方案的2倍以上，拥有明显的性能优势。关键词

6、：混合存储系统；固态硬盘；机械硬盘；数据快照；数据恢复I北京理工大学硕士学位论文AbstractTraditionaldataprotectiontechniquesaredesignedwithHDD,andnotoptimizedfornewlyappearedSSD,whichgreatlyreducesSSDperformance.TomakefulluseofhighperformanceSSDandhighcapacityHDD,inthispaperanefficientsnapshotsystemis

7、designedbasedonSSD/HDDhybridstoragearchitecture.Inthissystem,SSDandHDDareseparatelydeployedinapplicationsystemandbackupsystem,workingparalleltomeetdifferentstoragedemands.SSDisforhighperformanceapplicationI/O,andHDDisforhighcapacityhistoryI/Obackups.Application

8、systemseparatesfrombackupsystemwork,andcoordinateswitheachotherbycachesynchronizationmechanism.Cachesynchronizationisdesignedbasedontokenalgorithm.ApplicationI/Oconsumestoke