【正文】 age）被認為是該問題的解決之道。Comment [T2]: 摘要嚴禁出現(xiàn) “本文” ， “我” ， “我們”這樣的第一人稱主語，盡量采用動賓結(jié)構(gòu)，比如設(shè)計了….實現(xiàn)了…利用了….技術(shù)…..進行了….實驗…..實驗結(jié)果證明……Comment [T3]: 用逗號分隔，中文關(guān)鍵詞嚴禁出現(xiàn)英文縮寫或者英文，不得用形容詞作為關(guān)鍵字，不得用過于泛化的詞做關(guān)鍵詞，如“音樂、視頻”題目： XXX系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)論文摘要理想的存儲體系結(jié)構(gòu)應(yīng)該提供安全性、跨平臺數(shù)據(jù)共享、高性能、以及可擴展性，然而當(dāng)前廣泛使用的三種存儲結(jié)構(gòu)（DAS，SAN 和 NAS）都不能兼顧所有這些需求。畢業(yè)設(shè)計（論文）XXX 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)院 系： 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院站 點： 武漢學(xué)習(xí)中心專 業(yè)： 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué) 號： 4202209320224指 導(dǎo) 教 師 ： 譚志虎華中科技大學(xué)遠程與繼續(xù)教育學(xué)院2022 年 9 月畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書（應(yīng)由學(xué)生本人按指導(dǎo)教師下達的任務(wù)認真謄寫）姓名 專業(yè) 計算機科學(xué)與技術(shù) 指導(dǎo)教師 譚志虎 學(xué)號 4202209320224 入學(xué)時間 站點（院系） 武漢學(xué)習(xí)中心 一、課題名稱一種簡單分布式網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)二、課題內(nèi)容實現(xiàn)一個簡單的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)文件的分布式網(wǎng)絡(luò)化存儲。三、課題任務(wù)要求研究學(xué)習(xí)文件系統(tǒng)的相關(guān)原理及實現(xiàn)研究分布式系統(tǒng)概念及應(yīng)用研究網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)的原理、架構(gòu)及實現(xiàn)四、同組設(shè)計者無同組者五、主要參考文獻[1] 董曉明，謝長生．基于對象的進化存儲系統(tǒng)研究．計算機科學(xué)，2022，32(11): 223~226 [2] 龐麗萍編．操作系統(tǒng)原理（第二版） ．武漢：華中理工大學(xué)出版社，．225~270[3] （美）Nils J. Nilsson 著；鄭扣根等譯．人工智能（Artificial Intelligence） ．北京：機械工業(yè)出版社，．177~194[4] （美）Tom Mitchell 著；曾華軍等譯．機器學(xué)習(xí)（Machine Learning） ．北京：機械工業(yè)出版社，．38~56[5] 謝長生，董曉明，萬繼光，譚志虎，劉瑞芳．磁盤陣列控制器的設(shè)計與原型實現(xiàn)．小型微型計算機系統(tǒng)，2022, 27(1): 173~176指 導(dǎo) 教 師 簽 字 教研室主任簽字 年 月 日（此任務(wù)書裝訂時放在畢業(yè)設(shè)計報告第一頁）Comment [T1]: 用一段話介紹背景知識，盡量簡潔，切中要害，不要說些任何人都知道的無信息量的語句，背景知識一段，后面可以用一到兩段介紹畢業(yè)設(shè)計工作，注意背景知識要精簡，主要體現(xiàn)自己的工作，摘要不要太長。因此，工業(yè)界和學(xué)術(shù)界正在努力改變目前的存儲技術(shù)，使存儲設(shè)備從非智能的、外部管理發(fā)展成為智能的、自管理的設(shè)備，并且能夠感知設(shè)備所服務(wù)的應(yīng)用。以 SCSI OSD協(xié)議為基礎(chǔ)，建立屬性的兩種傳遞機制。另一種是應(yīng)用程序提供文件系統(tǒng)層的信息，設(shè)備內(nèi)部根據(jù)文件的屬性做出相關(guān)預(yù)測，并用于策略選擇。同時還給出了三個屬性頁的定義作為 OSD標準擴展提議。利用iSCSI協(xié)議作為 OSD命令的傳輸層，加快了系統(tǒng)的實現(xiàn)過程。關(guān)鍵詞：對象， 存儲，屬性，磁盤陣列，存儲策略中文摘要是對論文正文內(nèi)容的高度概括。注意摘要中不得出現(xiàn)“本文共有 X章，第一章…，第二章…”之類的表述。關(guān)鍵詞與摘要在同一頁，數(shù)量 3～7 個。關(guān)鍵詞之間用“,”隔開，最后一個關(guān)鍵詞后不用加任何標點符號。 課題背景信息技術(shù)的高速發(fā)展，對存儲系統(tǒng)的速度、容量及可靠性提出了極高的要求。例如，在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭中，如果控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)損壞，則會產(chǎn)生極大地影響，甚至導(dǎo)致戰(zhàn)爭的失??；如果企業(yè)核心數(shù)據(jù)丟失，則會影響企業(yè)的正常運作。提高數(shù)據(jù)可靠性，可以采用保存數(shù)據(jù)冗余信息的方式，當(dāng)數(shù)據(jù)丟失時，可以根據(jù)冗余信息恢復(fù)出數(shù)據(jù)，RAID 技術(shù) [1]就是利用存儲冗余信息來防止磁盤單點故障而帶來數(shù)據(jù)丟失問題的關(guān)鍵技術(shù)。由于 RAID存儲系統(tǒng)的速度、可靠性都較高，在構(gòu)建大規(guī)模存儲系統(tǒng)時，大多數(shù)都采用磁盤陣列作為存儲節(jié)點。然而，其容忍的故障程度還是有限的。數(shù)據(jù)重建過程需要大量的磁盤 I/O，增加了磁盤的 I/O負載，降低了整個 RAID系統(tǒng)的性能，而且很可能會再次出現(xiàn)磁盤故障，這種情況一旦發(fā)生，那么將可能超過 RAID容忍故障的能力，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。 研究背景和趨勢大規(guī)模存儲服務(wù)的需求正在迅速增長。計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計重點正在逐漸從傳統(tǒng)的以處理為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詳?shù)據(jù)為中心。 提高存儲系統(tǒng)性能的途徑長期以來，存儲系統(tǒng)的性能一直是人們關(guān)注的焦點。一是改進部件的物理性能。比如RAID技術(shù)可以挖掘多個磁盤的并行性，大規(guī)模存儲集群挖掘存儲節(jié)點的并行性 [4]。傳統(tǒng)的并行 PCI和 SCSI總線已經(jīng)沒有性能提升的余地，I/O總線更多地向串行化發(fā)展，比如 PCI Express、串行存儲體系結(jié)構(gòu)（SSA） 、光纖通道（Fibre Channel）等。Comment [T11]: 英文字體 Times New Roman Comment [T12]: 英文小寫用斜體 面臨的問題和挑戰(zhàn)理想的存儲體系結(jié)構(gòu)應(yīng)該提供安全性、跨平臺數(shù)據(jù)共享、高性能、以及可擴展性（包括存儲設(shè)備和客戶端） 。當(dāng)前廣泛使用的三種存儲結(jié)構(gòu)是直連存儲（DAS） 、存儲區(qū)域網(wǎng)（SAN）和附網(wǎng)存儲（NAS） 。 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r存儲工業(yè)已經(jīng)開始對接口提出更多要求，希望接口能做更多的事情。盡管存儲系統(tǒng)從基于塊的接口（SCSI 和 ATA/IDE）的穩(wěn)定性中獲益不少，而這一點越來越成為存儲體系結(jié)構(gòu)的制約因素。因此，工業(yè)界和學(xué)術(shù)界正在努力改變目前的存儲技術(shù)，使存儲設(shè)備從非智能的、外部管理發(fā)展成為智能的、自管理的設(shè)備，并且能夠感知設(shè)備所服務(wù)的應(yīng)用。我們相信一個基于存儲對象（object）的接口是該問題的解決之道。與數(shù)據(jù)塊不同的是，對象的大小是可變的，可以存儲整個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，例如文件和數(shù)據(jù)庫表。文件提供給用戶應(yīng)用一個高層抽象，允許不同的操作系統(tǒng)平臺之間安全地共享數(shù)據(jù)，但是其性能往往受到文件服務(wù)器的限制。對象具有文件和塊兩種技術(shù)的優(yōu)點。另一方面，與文件一樣，訪問對象的應(yīng)用也要通過必要的元數(shù)據(jù)，容易實現(xiàn)對象的跨平臺訪問。應(yīng)用程序文件系統(tǒng)塊設(shè)備驅(qū)動S C S I 啟動器i S C S I 層T C P / I P磁盤 L o g i c a l U n i t S C S I 目標器i S C S I 層T C P / I PS C S Ii S C S I S e s s i o nT C P / I P數(shù)據(jù)鏈路層 數(shù)據(jù)鏈路層E t h e r n e tD i s k I / O r e q u e s t sS C S I C D Bi S C S I P D UT C P S e g m e n t I P 包E t h e r n e t F r a m e塊數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)拷貝物理鏈路數(shù)據(jù)拷貝D M A D M A啟動器目標器P C I P C I數(shù)據(jù)封裝 解包 解包 數(shù)據(jù)封裝 圖 iSCSI 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 是卡內(nèi)基梅隆大學(xué)（Carnegie Mellon University, CMU）1995 年開始的研究項目 NASD（NetworkAttached Secure Disks） [6][7][8]。其基本思想有四點：直接向客戶端傳送數(shù)據(jù)，通過加密實現(xiàn)安全接口，異步非臨界通道（客戶端的大多數(shù)操作不需要向文件管理器發(fā)出同步請求） ，大小可變的數(shù)據(jù)對象。后來，更多的公司加入該項目，NASD的意義也推廣為 NetworkAttached Storage Device，不僅是磁盤，其他設(shè)備（如陣列控制器、文件服務(wù)器等）也可以受益于新的存儲接口。沒有單獨一種數(shù)據(jù)分布可以適合所有的數(shù)據(jù)、使所有的負載達到最優(yōu)性能。Ursa Minor 的實現(xiàn)包括：存儲節(jié)點保存所有數(shù)據(jù)；對象管理器維護對象的元數(shù)據(jù)；客戶端有 API 庫為應(yīng)用封裝數(shù)據(jù)請求，因為客戶端與存儲節(jié)點、對象管理器之間的通信使用自定義的協(xié)議；NFS 服務(wù)器為那些沒有經(jīng)過修改的客戶端提供訪問通道。IBM 在對象存儲領(lǐng)域進行了長期的研究與開發(fā)工作。后來的 Antara 是對象存儲的一個概念實現(xiàn) [5]，其成果用于另一個項目 zFS。2022 年底，SNIA（網(wǎng)絡(luò)存儲工業(yè)協(xié)會）OSD 工作組和 T10 委員會 1制訂的 OSD標準（第 1 版）獲得通過，并成為 ANSI 標準，名稱為“SCSI ObjectBased Storage Device Commands (OSD)” [12][13]。目前正在制訂該標準的第2 版。ObjectStone 是 IBM 實現(xiàn)的基于對象的控制器原型，運行于 Linux 服務(wù)器環(huán)境，整個對象存儲實現(xiàn)于塊設(shè)備之上。iSCSI 目標器、OSD 協(xié)議前端、對象控制器和 OSD 仿真器是 ObjectStone 的主要組成部分。Lustre 是 Cluster File System 公司開發(fā)的開放源代碼項目，目標是高性能、可擴展的 SAN 文件系統(tǒng) [15]。OST（ Object Storage Target）是 Lustre 的對象存儲設(shè)備，存儲用戶數(shù)據(jù)，使用專有的1 T10 是 INCITS (InterNational Committee on Information Technology Standards)的技術(shù)委員會之一，負責(zé) SCSI 相關(guān)標準的制訂。而 SNIA (Storage Networking Industry Association)是一個非盈利性質(zhì)的商業(yè)組織。集群控制系統(tǒng)管理名字空間、文件系統(tǒng)元數(shù)據(jù)一致性、安全性、集群恢復(fù)和存儲管理。類似的項目還有 Panasas（Panasas Inc. ，實現(xiàn)了基于對象存儲的文件系統(tǒng)，稱為 PanFS?？蛻舳送ㄟ^專有的協(xié)議直接與對象存儲設(shè)備連接。隨著對象存儲的產(chǎn)生和發(fā)展，存儲設(shè)備有必要主動學(xué)習(xí)其運行環(huán)境的重要特征。而基于對象的存儲設(shè)備能夠理解數(shù)據(jù)塊之間的關(guān)系，并利用這些信息更好地組織數(shù)據(jù)。要求實現(xiàn)配置管理基本菜單的所有功能（詳見附錄 Menu Tree） ，包括：（1）查看磁盤陣列當(dāng)前狀態(tài)；（2）利用文字菜單通過簡單操作對陣列進行配置；（3）保證用戶配置過程中的安全性和穩(wěn)定性?；趯ο蟮拇鎯υO(shè)備可以具有更多智能性，可以根據(jù)應(yīng)用負載選擇優(yōu)化的存儲策略。第二章首先介紹幾種存儲技術(shù)、特別是存儲區(qū)域網(wǎng)（SAN）在安全性、數(shù)據(jù)共享和設(shè)備管理等方面的存在問題。另外，還討論了對象、屬性與感應(yīng)存儲和屬性管理存儲的關(guān)系。本文將重點以 OSD 為基礎(chǔ)進行有關(guān)研究。我們建立了基于閉環(huán) forkjoin 排隊網(wǎng)絡(luò)（CFJQN）的 RAID5 讀寫模型，對最優(yōu)分條單元大小進行了定量分析。第四章說明了屬性的傳遞機制。其次，通過對 I/O 路徑進行分析，明確給出了兩種從應(yīng)用程序傳遞屬性信息到設(shè)備的途徑。第五章比較詳細的描述了一個原型系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)。除了軟件方面的工作之外，我們還實現(xiàn)了基于 Intel IOP321 處理器的控制器硬件，本章對硬件結(jié)構(gòu)和交叉開發(fā)環(huán)境也進行了介紹。第六章總結(jié)了我們所做的工作，并計劃了下一步的工作以及展望了基于對象存儲的前景。Comment [w16]: 第二章可以進行項目方案論證或者進行具體背景知識的概述，本章名字可變，每章頁數(shù)至少 4頁以上，否則不能成為一章Comment [T17]: 除總結(jié)那一章以外，每章都加一段引言2 方案論證（或具體背景技術(shù)概述）如果畢業(yè)設(shè)計是一個大項目的一個模塊，本章可以介紹整體項目結(jié)構(gòu)以及相關(guān)背景知識，如果畢業(yè)設(shè)計是科學(xué)研討型，第二章，第三章都可以介紹理論背景知識。本文提出了主動監(jiān)控的思想，它對存儲系統(tǒng)進行及時的控管，定時對系統(tǒng)中的各個存儲節(jié)點工作溫度、節(jié)點能耗、數(shù)據(jù)誤碼率、傳輸性能等健康指標進行分析，當(dāng)健康指標超出正常閾值時，及時產(chǎn)生預(yù)警信息，系統(tǒng)隨后自動啟動數(shù)據(jù)遷移，將數(shù)據(jù)遷移到適當(dāng)?shù)墓?jié)點或磁盤，這就是存儲設(shè)備健康預(yù)警及數(shù)據(jù)遷移技術(shù)。具體見 圖 所示。 磁盤故障修復(fù)原理在傳統(tǒng)磁盤壞扇區(qū)修復(fù)方式中，通過在磁盤中保留部分區(qū)域(實際磁盤容量大于報告給用戶的磁盤容量)，當(dāng)磁盤在使用過程中出現(xiàn)部分介質(zhì)缺陷時，會從該區(qū)域中分配扇區(qū)替換缺陷扇區(qū)，同時更新 GList(增長缺陷表 )[1518]，以達到修復(fù)的目的。當(dāng)磁盤出現(xiàn)壞扇區(qū)時，從預(yù)留空間中分配部分扇區(qū)替換壞扇區(qū)，并在地址映射表保存替換映射信息，使得后續(xù)磁盤訪問壞扇區(qū)時，操作會被重定向到保留扇區(qū)中，其原理如 圖 所示。這種方式使得磁盤陣列可靠性大大提高，當(dāng)保留區(qū)域即將用完時，即可給出更高級別的預(yù)警，觸發(fā)更高級別的磁盤數(shù)據(jù)移植任務(wù)。以 RAID5 為例說明壞扇區(qū)恢復(fù)方式，其它 RAID 級別可按照相類似的方式恢復(fù)出數(shù)據(jù)，只是校驗計算上的差異。 圖 為一個 4 個磁盤的組成的 RAID5 數(shù)據(jù)存儲示意圖。例如 P0 及 P1 為校驗信息塊，A、B 代表數(shù)據(jù)塊，校驗塊是由數(shù)據(jù)塊是以 Stripe 為單位經(jīng)過 RAID5 校驗生成算法生成。由于存儲了校驗信息，如果一個Stripe 中任意一塊數(shù)據(jù)丟失，都可以由另外三塊數(shù)據(jù)恢復(fù)出來，例如數(shù)據(jù)塊 A