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1、研 究 生 毕 业 论 文（申请工程硕士学位）可扩展网络附属存储系统集群模块的设计与实现The Design and Implementation of Clustering Module in Scalable Network Attached Storage南京大学硕士论文 摘要摘 要随着信息技术的发展，企业的生产经营对于电子数据的依赖越来越大。很多企业面对大量数据存在存储，管理，使用等一系列问题。网络附属存储（Network Attached Storage，简称NAS）产品在数据存储领域由于具有用途专一，性价比高，支持多种数据传输协议的特点而被很多企业采用。传统的NAS产品是基于单个节
2、点，存在先天性的缺陷。其可靠性差，扩展困难等缺点难以适应当代企业全天候数据服务的需求。本文将介绍一个可扩展的NAS产品，它是基于IBM公司的通用并行文件系统，可以在提供数据服务的同时进行扩展，备份等操作。可扩展NAS产品提供了基于B/S的管理系统，易于部署和管理。此外，企业可以根据当前数据量对节点数目进行调整，可以有效降低采购和运营成本。本文以可扩展NAS产品为项目背景，详细介绍了其集群模块的分析，设计和实现。本文首先介绍了可扩展NAS产品的背景，以及国内外NAS产品发展的现状。介绍可扩展NAS产品集群模块在项目中的作用和地位。介绍了产品网络层，数据层，服务层，表现层的四层架构。接着本文介绍了
3、在集群模块开发过程中使用的技术和工具。然后，本文在需求分析的基础上介绍了集群模块的设计和实现。详细分析了集群模块的四个主要的功能子模块，网络通信子模块，节点管理子模块，权限管理子模块和性能监控子模块。本文对各个子模块的功能设计，关键流程设计进行了阐述，并且详细分析了关键的实现细节。最后，本文对所做的工作进行了总结，并且指出了集群模块在节点管理方面可以继续展开的工作。关键词：可扩展NAS、网络通信、Django框架、权限管理、性能监控82南京大学硕士论文 abstractAbstractWith the development of information technology, the ent
4、erprises depend on electronic data more than ever before. The enterprises have to solve a series of problems such as data storage, management and usage. In storage field, network attached storage (for short, NAS) products have a lot of advantages, so they are used a lot. They are products designed f
5、or a special purpose with low-price and features support for multiple data transmission protocol. Unfortunately, traditional NAS products are based on single computing node. They are hard to extend and not reliable, so the need of round-the-clock service can not be satisfied.This paper will introduc
6、e a scalable NAS product. It is a cluster NAS based on General Parallel File System of IBM. With the features of distributed file system and management system, this product provides extention and management operation while working. Scalable NAS management system is based on B/S architecture. The ent
7、erprises can adjust the number of computing nodes according to the size of data. This policy can effectively reduce the purchase and operating coses. Based on the scalable NAS product as background, this paper will introduce the ayalysis, design and implementation of the cluster module in this proje
8、ct.Firstly, this paper introduces the background of saclable NAS product and the situation of research in NAS area. The role and functions of the cluster module in this project will be introduced. The product has 4-layer architecture. From bottom to up, the order is network layer, data layer, servic
9、e layer and presentation layer.Secondly, this paper introduces the technology and tools used in the project.Thirdly, this paper introduces the requirement analysis in the project. After that, the design and implementation of cluster module is introduced. Cluster module has 4 major submodules, the ne
10、twork submodule, the node management module, the privilege management submodule and the performance monitoring submodule. In this paper, function design for each of the submodule, key process of the product is discussed in detail.Finally, this paper makes a conclusion, and points out what the cluste
11、r module can be done in the future, such as improving the auto load-balance.Keywords：Scalable NAS, Network Communication, Django, Authority Management, Performance Monitoring 南京大学硕士论文 目录目 录摘 要IAbstractII图目录VII表目录IX第一章 引言11.1 项目背景11.2 国内外相关领域发展现状21.2.1 NAS产品发展现状21.2.2 NAS与分布式文件系统的集成41.3 本文主要进行的研究工作61
12、.4 本文的组织结构6第二章 技术综述72.1 Django框架72.1.1 MVC设计模式72.1.2 Django框架概述82.1.3 Django框架的结构92.1.4 Django请求响应流程102.2 Python中数据处理技术112.2.1 XML处理112.2.2 数据序列化技术122.2.3 网络数据传输132.3 GPFS文件系统152.3.1 GPFS简介152.3.2 可扩展NAS中GPFS架构162.3.3 GPFS的配置和管理172.4 RRDtool工具182.4.1 RRDtool简介182.4.2 RRDtool的python调用192.5 本章小结20第三章
13、集群模块的分析与设计213.1可扩展NAS的总体规划213.2 集群模块的需求分析223.2.1集群模块的业务需求223.2.2集群模块的用户需求233.2.2集群模块的功能需求263.2.3集群模块的非功能需求283.3集群模块的概要设计283.4 网络通信子模块分析与设计303.4.1 网络通信子模块流程设计303.4.2元数据设计333.4.3网络通信子模块详细设计343.5 节点管理子模块分析与设计373.5.1节点管理子模块流程设计373.5.2节点管理子模块结构设计383.6用户管理子模块分析与设计393.6.1用户管理子模块数据库设计393.6.2 用户管理子模块结构设计403.
14、7 性能监控子模块分析与设计423.7.1性能监控子模块流程设计423.7.2RRDtool设计与使用433.8 本章小结43第四章 集群模块的实现444.1网络通信子模块实现444.1.1初始化工作实现444.1.2网络通信机制实现454.1.3 引导界面实现484.2节点管理子模块实现494.2.1元数据存取实现494.2.2节点管理界面实现514.3 用户管理子模块实现524.4 性能监控子模块实现564.4.1 性能图表生成实现564.4.2 性能图表展示实现584.5 集群模块实现效果分析584.5.1 测试环境及测试用例584.5.2 效果分析604.6本章小结60第五章 总结与展望615.1 总结615.2 进一步工作展望61参 考 文 献62致 谢65版权及论文原创性说明66南京大学硕士论文 图目录图目录图1.1 共享存储集群NAS架构3图1.2 统一文件系统集群NAS架构3图1.3 GPFS特性与NAS需求映射关系5图2.1 MVC框架8图2.2 Django组件结构9图2.3 DOM树形结构11图2.4 使用cPic
