基于属性的存储系统服务质量研究

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随着用户和应用需求的不断增长,存储系统在规模、体系结构等方面都出现了新的变化,系统正朝着大规模、复杂化的方向飞速发展,随之而来的是为了满足各种存储需求而引起的管理难度。例如,为了满足系统I/O性能需求而实施的配置管理设置,由于出现新的安全性需求而不得不进行重新调整。这样的调整通常是复杂而漫长的过程,更为严重的是,在调整中往往需要牺牲某一方面的性能才能提高另一方面的性能,这样耗费管理成本而又收效不佳的操作成为了大规模存储系统发展的严重障碍。  服务质量(QoS)是评估系统性能的综合指标体系,存储系统的服务质量(QoSS)包括容量、数据传输率、请求响应延时、可靠性、可用性、安全性、数据持久性等与存储应用相关的指标。有效的QoSS实施机制是解决存储规模与系统管理之间矛盾的途径。  面向QoSS的自适应闭环模型——属性管理模型(AM-M)在存储系统中实现了针对不同用户和应用的智能化按需存储。AM-M模型结合属性管理思想和对象存储技术,利用对象所携带的“属性”描述存储需求和数据信息并在系统中传递。以AM-M模型为基础的存储系统不再为要进行的调整付出更多的管理代价,取而代之的是根据自动“感应”到的属性实施相应的存储策略,以此来满足各种需求。将基于AM-M模型的存储系统称为属性存储系统,它是实施QoSS的理想平台。  实现属性存储系统的两个要素是QoSS的输入机制和QoSS控制管理机制。QoSS输入机制定义了系统中实施QoSS的先决条件,其所要解决的关键问题是对存储需求的形式化定义。在基于属性的存储系统中,用属性来量化描述各种存储需求和行为特征,研究系统何时需要获取怎样的属性信息,以及这些属性信息又通过怎样的方式定义和获取。QoSS控制管理机制是系统实施QoSS的落脚点,其关键在于实现由QoSS输入机制驱动的自适应控制和管理。在属性存储系统中建立属性特征与存储策略间的对应关系,系统中存储策略具体如何实施以相关的属性为依据。  以一个实际的存储应用视频点播(VOD)为研究对象,讨论了基于属性的VOD系统,通过建立对象热度模型对VOD负载的热点分布属性特征进行量化描述。进一步研究了VOD系统基于对象热度属性(热度值)的缓存策略,建立了缓存大小、缓存命中率与对象热度值之间的对应关系。  最后设计并实现了原型系统AM-VOD,该原型系统以对象文件系统OSDfs和iSCSI-OSD传输模式为基础实现了对象访问接口,按照OSD T10标准定义了对象热度属性页,以对象热度属性为依据优化对象设备端的缓存策略,测试结果表明,原型系统的I/O性能比同等条件下的系统提高了12%~50%,从实践上验证了属性存储系统实现QoSS的可行性。
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