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1、目 录摘要31.引言52.相关技术62.1 iSCSI技术62.2 TCP拥塞窗口控制算法62.3 RAID技术72.4 逻辑卷管理（LVM）73.内容简述及比较93.1 iSCSI远程存储访问的优化93.2针对iSCSI存储服务器设计的新的分级数据cache架构103.3 iSCSI带外存储虚拟化的设计和实现123.4 论文内容的比较144.iSCSI存储虚拟化的具体实现154.1 对于具体实现的讨论和说明154.2 整体架构154.3 目标器的工作机制174.4 客户端的工作机制18参考文献20摘要随着网络技术的飞速发展，基于廉价TCP/IP协议的存储区域网络（IP Storage Are
2、a Network，IPSAN）越来越受到人们的欢迎，其中的代表就是iSCSI技术。iSCSI技术的核心思想是在IP网络上传输SCSI命令和数据。它成本低、传输速度快、标准化程度高，适合中小型企业。但是它也存在一些问题，比如高延迟环境下性能急剧下降、负载较大时吞吐量不能满足要求、一对一模式不适应虚拟化要求等等。本文将对三篇文章的内容进行介绍和分析：Optimization of iSCSI Remote Storage Access through Multiple Layers、A New Hierarchical Data Cache Architecture for iSCSI Stor
3、age Server、Design and implementation of iSCSI Out-of-band storage virtualization。这三篇文章研究的主体都是iSCSI技术，并且从三个不同的层面分别解决了一个iSCSI技术存在的问题。第一篇主要是针对iSCSI远程存储访问的优化，研究了iSCSI/SCSI层、TCP/IP层以及以太网层对于iSCSI性能的影响，并给出了提高iSCSI性能的方法和参数设置。第二篇主要是针对iSCSI服务器设计了一种新的分级数据缓存结构，称为DCA，并且设计了SLAP算法来辅助DCA的工作，使得iSCSI服务器在负载压力大时仍能保证吞吐量
4、。第三篇设计和实现了iSCSI带外虚拟化，通过增加一个管理层来对后端设备进行抽象。在介绍了三篇论文的内容之后，本文还对它们的相同点和不同点进行了简单的分析。本文最后对于iSCSI存储虚拟化进行了深入的讨论，对于原论文中的一些设计进行了讨论和修改，并给出了一个改进后的iSCSI三方通信结构，实现了iSCSI存储虚拟化的内容。关键字：iSCSI，分级数据缓存结构，存储虚拟化AbstractWith the rapid development of network technology, IP Storage Area Network (IPSAN) based on low-cost TCP/IP
5、 protocol become more and more popular. iSCSI technology is one of the representatives. The core idea of iSCSI technology is to transport SCSI commands and data on the IP network. It is low-cost, transmission speed, high degree of standardization for small and medium enterprises. But it also has som
6、e problems, such as drastic performance deterioration in the case of longer-latency, too small throughput in large load environment, point-to-point mode is not suited to requirements of storage virtualization.We will introduce and analysis the content of the three papers: Optimization of iSCSI Remot
7、e Storage Access through Multiple Layers, A New Hierarchical Data Cache Architecture for iSCSI Storage Server, Design and implementation of iSCSI Out-of-band storage virtualization. Their studies are all about iSCSI technology, and solve a problems about iSCSI technology from three different aspects
8、 respectively. The first one is about the optimization of iSCSI remote storage access. It studies the impact to iSCSI performance from iSCSI/SCSI layer, TCP/IP layer and Ethernet layer, and shows the way to improve iSCSI performance and the parameter settings. The second one designs a new hierarchic
9、al data cache architecture for iSCSI storage server, called DCA, and designs a SLAP algorithm to help the DCA. It can makes iSCSI servers to ensure throughput in large load environment. The last one designs and implements the iSCSI out-of-band storage virtualization. It makes the back-end devices vi
10、rtual by adding a manager layer. After introducing the three papers, we make a simple analysis about similarities and differences.In the end of this paper, we make a deep discussion about iSCSI storage virtualization. We analysis some content and make some changes in the original paper. We also give
11、s an improved Tripartite communication architecture, which implements the iSCSI storage virtualization.Key words: iSCSI, Hierarchical Data Cache Architecture, storage architecture1. 引言当今是一个信息爆炸的时代，企业的数据量越来越大，对于这些数据的存储需求也越来越迫切，传统的存储模式已经不能满足企业级存储应用的需求了。随着Internet的飞速发展和分布式系统的广泛应用，网络存储技术已经成为了存储领域一个主要的研究
12、方向。在网络存储技术中，iSCSI是IPSAN的代表。iSCSI技术一个很大的特点就是对传统技术的继承和发展。SCSI技术是一个被广泛采用的存储标准，有一定的历史，并且发展态势良好。TCP/IP协议是计算机网络中最成熟的协议，并且IP网络的基础设施已经非常完善了。利用这两个优秀和成熟的技术，iSCSI在很多方面展现出了自己的优势。在应对远程存储问题时，iSCSI技术可以利用现有的基础设施，成本低、传输速度快、标准化程度高、兼容性好、易于管理。越来越多的中小型企业选择iSCSI技术来建立数据存储服务中心。iSCSI虽然在很多方面都有很大的优势，但也存在着许多不能被忽视的缺点。在传统iSCSI架构
13、中，资源需要预先分配，使用起来很不灵活，很难满足用户不断变化的需求。iSCSI基于点对点的通信模式不支持虚拟化，而且系统中的连接数量非常庞大，对于系统和网络来说是很大的负担。在高延迟的环境下，iSCSI系统的性能将会有非常严重的恶化。以上这些严重限制了iSCSI技术的发展。从iSCSI技术诞生开始，人们就没有停止对于它的改进。这些改进是多方面的，包括提升它的性能、在高负载下提高吞吐量、提供虚拟化支持等等。本文所研究的三篇论文就是分别从这三个方面来对iSCSI技术进行改进的。论文1主要研究iSCSI远程存储访问的优化，其优化的层次不仅仅限于iSCSI协议层，而是对包括TCP/IP层在内的多个层次
14、进行了综合的优化；论文2针对iSCSI存储服务器设计了一种新的分级数据cache架构，通过这种新的架构来有效地削减局部互联通信，从而提高存储服务器性能；论文3研究的内容是iSCSI带外存储虚拟化的设计和实现，提供了一种简单实用的iSCSI虚拟化机制。虽然三篇论文所侧重的技术细节以及针对的问题各不相同，但都是为了解决iSCSI技术在实际应用中面临的一些问题。本文接下来的部分是这样组织的：第二部分简单介绍三篇论文中所涉及的一些基础技术，包括iSCSI技术、TCP拥塞窗口控制算法、RAID技术和LVM；第三部分对三篇论文的核心内容进行阐述，并且会对一些关键的部分进行比较；由于本文作者在iSCSI存储
15、虚拟化方面也做过相应的设计，并且和论文3在很多地方有相似之处，所以第四部分重点介绍iSCSI存储虚拟化的实现，以及对论文3的深入讨论和改进。2. 相关技术2.1 iSCSI技术iSCSI是标准的IPSAN协议。iSCSI协议是建立在SCSI协议之上的。在iSCSI中，通信是在两方之间进行的，发起通信的一方称为启动器（initiator），接收请求的一方称为目标器（target）。在启动器发起通信之前，需要创建目标器。对于用户来说，目标器就是一个可用的存储设备，它可以是一个磁盘，也可以是一个分区。在目标器创建完成之后，启动器通过iSCSI协议的发现机制就可以看到该目标器了。启动器要使用该目标器，
16、就必须先进行登录，在登录完成之后就可以进行数据传输了。启动器和目标器之间传输的是iSCSI协议数据单元（PDU），而协议数据单元的本质就是SCSI命令和响应。iSCSI协议将SCSI命令集封装到PDU中，又将PDU封装到IP包中，然后再在IP网络中传输。它能在很大程度上减少访问和传输存储数据的时间。图2.1 iSCSI的通信模式iSCSI技术的重点是将SCSI命令通过IP网络传输，所以它的通信模式是比较简单的。iSCSI协议并没有在资源管理上做太多的工作。一个目标器之后，连接到它上面的启动器看到的就是该目标器的所有存储空间，即在iSCSI通信模式中，目标器是存储资源的分配单位，而且是独立的。当有多个启动器登录同一个目标器的时候，该目标器对于这些启动
