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1、华中科技大学 硕士学位论文 基于广域网的虚拟磁盘技术研究 姓名：梅小玲 申请学位级别：硕士 专业：软件工程 指导教师：刘云生 2010-01-14 I 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 摘摘 要要 近年来，随着全球网络化的热潮，网络技术针对个人应用的也是水涨船高。基 于广域网的虚拟磁盘技术与其他信息存储技术的本质区别是在客户端实现了虚拟磁 盘，这个质的飞跃让它有操作简单、速度快、安全性高和容量可扩展的优点，基于 广域网的虚拟磁盘技术将势必成为网络文件存储的一个良好解决方案。实现基于 Windows 内核驱动的广域网信息存储技术的关键问题是开发网络虚拟磁盘驱动、安 全可靠的内核级网
2、络通信以及选择合适的服务端的存储模型。 网络虚拟磁盘驱动的原理就是将网络上的某个文件虚拟成客户端的一个磁盘， 操作这个虚拟磁盘就像操作本地磁盘一样。基于广域网的虚拟磁盘技术的关键是设 计这个驱动程序，通过驱动的设备对象，建立本地盘符名和远程镜像文件的对应关 系。由于基于此技术的信息存储方案沿袭了用户的使用习惯，用户操作将更加简便。 基于广域网的虚拟磁盘技术在内核层调用 TDI ( Transport Driver Interface)接口 实现网络通信，由于是在 Windows 内核模式下直接建立通信，所以网络传输效率较 高，满足了传输速度的高要求。 在服务端使用相对独立的基于块的镜像文件存取
3、服务和数据存储模型，使用基 于块的存取服务将客户端的磁盘读写转换为镜像文件的读写。在对各种存储模型的 演变及存储技术的优缺点的分析，对现有流行存储方法的进行比较后，最终选择适 基于广域网的虚拟磁盘技术的 iSCSI SAN 存储模型。 使用基于广域网的虚拟磁盘技术可以在保证良好的使用接口的情况下实现安全 快速的文件存储。 关键词关键词：虚拟磁盘 传输层驱动接口 信息安全 虚拟存储 II 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 Abstract In recent years, with the upsurge of the global network, network technol
4、ogy for personal use is also soared. Compared with other file storage technology., research of virtual disk technology based on wide area network, can achieve a virtual disk, which made it more simple, faster, higher security and had capacity benefits of scalable Its key issue include: remote virtua
5、l disk driver, safe and reliable network communications in kernel level and selecting the appropriate server-side storage model. Network virtual disk driver simulate a file on the network into a virtual disk of client, which user can operate as a local disk. Designing the driver and the establishmen
6、t of a local drive letter name and the remote image file correspondence through the drivers device object is key of research of virtual disk technology based on wide area network. This technology modeled on the users habits to meet the requirements of user-friendly interface. Achieve the network com
7、munications function of this techinology, by calling TDI (Transport Driver Interface) interface. Communication is establisheddirectly in the Windows kernel-mode level, so it privides higher efficiency of network transmission, which meet the requirements. Relatively independent block-based data acces
8、s services and data storage model is used in the server. Block-based data access service converts disk reading and writting in the client to the image file reading and writting in the server; After analysising in the evolution of the various storage model, advantages and disadvantages of various sto
9、rage techinology , the comparison of current popular storing method, iSCSI SAN storage model became the final choice for a remote virtual disk system. Rremote virtual disk technology can be used to achieve fast electronic information network shareing to the case of large number of electric informati
10、on with a friendly user interface. Key words：Virtual disk TDI Information Security Virtual Storage 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集 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结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论
11、文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 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。 本人授权华中科技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。 保密， 在 年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属 于 1 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 绪论绪论 在计算机日渐普及和信息技术快速发展的今天，电子信息存储相对其他形式的 信息存储有方便携带和转移的
12、优点，因此电子信息存储也变得越来越重要，但传统 的电子信息存储存在着各种诸如管理混乱，安全性低等问题。本文基于 Windows NT 磁盘驱动技术上对广域网信息存储技术进行研究，提出一种新的网络信息存储系统。 1.1 网络虚拟磁盘的研究背景和意义网络虚拟磁盘的研究背景和意义 传统的电子信息存储方式如使用个人移动硬盘、电脑硬盘等存储，是用户自己 负责存储自己的信息。人们独立存储自己的重要信息就像在没有银行的时代人们将 钱存放在身边，显然这种存储方式有不容易实现统一集中管理，电子信息的安全性 也很难得到保障的缺点。 计算机网络应用的普及，一种新的电子信息管理理念网络信息存储收到了 很多人们的欢迎1
13、。网络信息存储为电子信息提供了统一的存储实体，统一的存储和 访问规范，统一的信息安全策略，并且能够提供更快捷的信息转移速度，更强大的 信息检索功能。 网络的电子信息存储方式为人们提供了极大的便利，并且有多种的存储模型可 以选择，如 FTP，WEB 的文件存储空间等等，这些存储模型的本质都是事先将电子 信息存储在网络服务端，当需要用的时候，将电子信息下载到本地，然后在本地的 磁盘空间里操作。这种模型就像是事先将钱存入银行，等需要用的时候，再通过存 折从银行取现。这些信息存储模型往往会遇到信息上传、下载速度较慢，不能保障 信息在客户本地的安全性等诸多瓶颈。 面对这些问题，我们可以借鉴银行的做法，改
14、用银行卡的方式。银行卡与存折 的本质区别是当人们需要钱时不需要自己取出现金，而是刷卡消费，钱是在银行内 部直接交换。有了银行卡，人们免去了去银行提取现金的麻烦，免去了担心揣着大 量现金的安全性问题。基于广域网的虚拟磁盘技术就是依据前面这种思维模式，利 用 Windows NT 磁盘驱动在客户端创建一个虚拟磁盘，这个虚拟磁盘实际上是服务 2 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 端的某个镜像文件。这样一来，客户对虚拟磁盘的操作实际上是对服务器端的某镜 像文件的操作，从而免去了将信息下载到本地的过程。同时由于要访问服务端的镜 像文件信息，唯一途径就是通过虚拟磁盘，所以通过对客户端进行安全
15、管理可以保 证信息在客户端的安全性，如对用户数据透明加、解密处理以及对虚拟磁盘进行访 问控制等等，而这些技术已经相当成熟，实现比较简单。 1.2 网络信息存储服务的研究现状网络信息存储服务的研究现状 目前很多公司在公司内部提供了小型的局域网内的网络虚拟磁盘系统，用于解 决公司内部员工问题。 以 iSCSI Cake 虚拟磁盘2为例，它的本质是将运行在服务端的一个文件或磁盘 分区或整个硬盘映射为客户端的一个磁盘。客户端需要安装 iSCSI 启动器3,4，iSCSI 启动器通过 iSCSI 协议5.6与 iSCSI 目标器7,8进行通信并把服务器上的存储资源映射 为本地的磁盘。 局域网虚拟磁盘的优
16、点是实现了网络虚拟磁盘， 因此传输速度快， 使用方便， 缺点是应用范围小，无法提供更大量用户的接入且一般不提供用户身份认证功 能。 另外很多互联网业务提供商为个人用户提供了广域网的网络虚拟磁盘系统，这 种虚拟磁盘系统一般有以下几种形式： （1）基于 WEB 的个人空间，这种个人空间有时候会效仿本地磁盘分区的文件 操作，也属于网络虚拟磁盘技术。 （2）基于 Windows Application 的个人空间，与第一种方式相似，只是换成了 C/S 结构。 （3）伪虚拟磁盘，如 Google 虚拟磁盘，虽提供如同本地磁盘一样的文件目录 的复制删除操作，但并不提供磁盘中文件的直接执行，因此称之为伪虚拟磁盘。 这些虚拟磁盘技术往往有了更好的用户认证功能，但面临用户所在网络的防火 墙对 IP 通信端口或者通信协议的限制，另外也未给用户提供最简单最符合用户使用 习惯的的用户接口。 3 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1.3 本论文的主要研究工作本论文的主要研究工作 基于广域网的虚拟磁
