Welche Programmtheorie liegt dem virtuellen Speicherverwaltungssystem zugrunde?

Die Grundlage des virtuellen Speicherverwaltungssystems ist die „Lokalitäts“-Theorie des Programms. Die virtuelle Speichertechnologie basiert auf dem Prinzip der Programmlokalität, und das Prinzip der Programmlokalität spiegelt sich in zwei Aspekten wider: 1. Zeitlokalität bedeutet, dass eine Anweisung nach der Ausführung bald erneut ausgeführt werden kann bedeutet, dass bei Zugriff auf eine bestimmte Lagereinheit auch schnell auf die angrenzenden Einheiten zugegriffen werden kann.

Die Betriebsumgebung dieses Tutorials: Windows 7-System, Dell G3-Computer.

Die Grundlage des virtuellen Speicherverwaltungssystems ist die „Lokalität“-Theorie des Programms.

Der sogenannte virtuelle Speicher besteht darin, Speicher und externen Speicher organisch zu kombinieren, um einen „Speicher“ mit großer Kapazität zu erhalten. Dies wird als virtueller Speicher bezeichnet. Man kann sagen, dass sich die Gesamtleistung der Speichernetzwerkplattform direkt auf den normalen Betrieb des gesamten Systems auswirkt.

Virtuelle Speichertechnologie basiert auf dem Prinzip der Programmlokalität. Das Prinzip der Programmlokalität spiegelt sich in zwei Aspekten wider: Zeitlokalität und Raumlokalität. Zeitliche Lokalität bedeutet, dass eine Anweisung, nachdem sie ausgeführt wurde, bald wieder ausgeführt werden kann; räumliche Lokalität bedeutet, dass, wenn auf eine bestimmte Speichereinheit zugegriffen wird, auch bald auf die an die Speichereinheit angrenzenden Einheiten zugegriffen werden kann.

Klassifizierung des virtuellen Speichers

Es gibt keinen einheitlichen Standard für die Entwicklung des virtuellen Speichers

• Es gibt zwei Hauptmethoden in Bezug auf die Topologie des virtualisierten Speichers: symmetrisch und asymmetrisch.

  Symmetrische virtuelle Speichertechnologie bedeutet, dass das virtuelle Speichersteuergerät, das Speichersoftwaresystem und das Umschaltgerät in ein Ganzes integriert und in den Netzwerkdatenübertragungspfad eingebettet sind. Asymmetrische virtuelle Speichertechnologie bedeutet, dass das virtuelle Speichersteuergerät unabhängig von Daten ist Übertragung außerhalb des Pfades.

• In Bezug auf das Implementierungsprinzip des virtualisierten Speichers gibt es zwei Möglichkeiten: Datenblockvirtualisierung und virtuelles Dateisystem. Die Details lauten wie folgt: Symmetrischer virtueller Speicher Es ist ersichtlich, dass bei dieser Lösung das Speichersteuergerät HSTD eine zentrale Rolle im Prozess des Datenaustauschs zwischen dem Host und dem Speicherpool spielt. Der virtuelle Speicherprozess dieser Lösung ist wie folgt: Das eingebettete Speicherverwaltungssystem HSTD virtualisiert die physischen Festplatten im Speicherpool in logische Speichereinheiten (LUNs) und führt eine Portzuordnung durch (angeben, welche Ports eine bestimmte LUN sehen kann). ordnet die Host-Seite jeder sichtbaren Speichereinheit einen Laufwerksbuchstaben zu, der vom Betriebssystem erkannt wird. Wenn der Host Daten auf die SAN-Appliance schreibt, muss der Benutzer lediglich den Speicherort für das Datenschreiben als zugeordneten Laufwerksbuchstaben (LUN) angeben. Die Daten durchlaufen den Hochgeschwindigkeits-Parallelport des HSTD und werden zunächst in den Cache geschrieben. Das Speicherverwaltungssystem im HSTD führt automatisch die Konvertierung des Zielstandorts von LUN auf eine physische Festplatte durch. Während dieses Vorgangs sieht der Benutzer nur die virtuelle logische Einheit und kümmert sich nicht um die spezifische physische Organisationsstruktur jeder LUN. Diese Lösung weist die folgenden Hauptmerkmale auf:

(1) Verwendung eines Caches mit großer Kapazität, um die Datenübertragungsgeschwindigkeit deutlich zu erhöhen.

Cache ist ein Zwischenmedium, das häufig in Speichersystemen auf dem E/A-Pfad zwischen dem Host und dem Speichergerät verwendet wird. Wenn der Host Daten vom Speichergerät liest, liest er die mit dem aktuellen Datenspeicherort verbundenen Daten in den Cache und behält die mehrfach aufgerufenen Daten im Cache, wenn der Host die Daten liest Es kann die erforderlichen Daten aus dem Cache finden. Direkt aus dem Cache lesen. Die Geschwindigkeit beim Lesen von Daten aus dem Cache wird nur durch die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektrischer Signale (gleich der Lichtgeschwindigkeit) beeinflusst und ist daher viel höher als die Geschwindigkeit der mechanischen Rotation der Festplatte beim Lesen von Daten von der Festplatte. Wenn der Host Daten auf das Speichergerät schreibt, schreibt er die Daten zuerst in den Cache und dann nach dem Stoppen des Host-seitigen Schreibvorgangs die Daten aus dem Cache auf die Festplatte. Dies ist auch schneller als das direkte Schreiben auf die Festplatte Festplatte

(2) Die parallele Multi-Port-Technologie eliminiert E/A-Engpässe. Bei herkömmlichen FC-Speichergeräten besteht eine feste Beziehung zwischen dem Steuerport und der logischen Festplatte. Der Zugriff auf eine Festplatte kann nur über den Controller-Port erfolgen, der sie steuert. Bei einem symmetrischen virtuellen Speichergerät ist die Beziehung zwischen dem Speicherport der SAN-Appliance und der LUN virtuell, was bedeutet, dass mehrere Hosts gleichzeitig über mehrere Speicherports (bis zu 8) auf dasselbe LUN zugreifen können; bei Fibre Channel 100 MB/Bandbreite Unter der allgemeinen Prämisse gilt: Je mehr Ports parallel arbeiten, desto höher ist die Datenbandbreite.

(3) Die logische Speichereinheit bietet eine schnelle Zugriffsgeschwindigkeit auf die Festplatte.

In der Videoanwendungsumgebung liest und schreibt die Anwendung Daten in Datenblöcken fester Größe (von 512 Byte bis 1 MB). Um den Bandbreitenbedarf von Anwendungen sicherzustellen, werden Speichersysteme häufig so ausgelegt, dass sie ihre beste I/O-Leistung bei der Übertragung von Datenblockgrößen von mehr als 512 Bytes erreichen. Bei herkömmlichen SAN-Strukturen besteht die einzige Lösung bei steigenden Kapazitätsanforderungen darin, mehrere Festplatten (physisch oder logisch) zu Stripe-Sets zusammenzufassen, um LUNs mit großer Kapazität zu erreichen. In einem symmetrischen virtuellen Speichersystem wird der Host mit LUNs mit wirklich großer Kapazität und hoher Leistung anstelle von logischen Volumes mit schlechter Leistung ausgestattet, die mithilfe von Stripe-Sets implementiert werden. Im Vergleich zu Stripe-Sets bietet Power LUN viele Vorteile. Beispielsweise werden große I/O-Blöcke tatsächlich vom Speichersystem akzeptiert, wodurch die Datenübertragungsgeschwindigkeit effektiv erhöht wird und die Host-CPU viele entlastet Eine große Belastung verbessert die Leistung des Hosts.

(4) Fehlertoleranzleistung des gepaarten HSTD-Systems.

In einem symmetrischen virtuellen Speichersystem ist HSTD der einzige Ort für Daten-E/A und der Speicherpool ist der Ort, an dem Daten gespeichert werden. Da die Daten im Speicherpool über einen fehlertoleranten Mechanismus zur Gewährleistung der Sicherheit verfügen, fragen sich Benutzer natürlich, ob HSTD über einen fehlertoleranten Schutz verfügt. Wie bei vielen großen Speichersystemen werden HSTDs in ausgereiften symmetrischen virtuellen Speichersystemen paarweise konfiguriert, und jedes HSTD-Paar erreicht Cache-Datenkonsistenz und gegenseitige Kommunikation durch den in die SAN-Appliance eingebetteten Netzwerkverwaltungsdienst.

(5) Switching-Geräte können problemlos über die SAN-Appliance angeschlossen werden, um ein supergroßes SAN mit Fabric-Struktur zu realisieren.

Da das System eine Standard-SAN-Struktur beibehält und technische Unterstützung für die Systemerweiterung und -verbindung bietet, können Switching-Geräte problemlos an die SAN-Appliance angeschlossen werden, um ein supergroßes, Fabric-strukturiertes SAN zu realisieren.

Asymmetrisches virtuelles Speichersystem

Jeder Host und jedes virtuelle Speicherverwaltungsgerät im Netzwerk sind mit dem Festplatten-Array verbunden, wobei der Datenpfad des Hosts das Festplatten-Array über das FC-Switching-Gerät erreicht Gerätepaare Die im Netzwerk verbundenen Festplatten-Arrays werden virtualisiert, und die LUNs in jedem Speicher-Array werden in logische Strip-Sets (Strips) virtualisiert, und jedem Host im Netzwerk werden Zugriffsrechte für jeden Strip zugewiesen (beschreibbar, lesend, Zugriff verboten). . Wenn der Host auf einen Strip zugreifen möchte, muss er zunächst auf das virtuelle Speichergerät zugreifen, die Strip-Informationen und Zugriffsberechtigungen lesen und dann über das Switching-Gerät auf die tatsächlichen Daten im Strip zugreifen. Bei diesem Vorgang erkennt der Host nur den logischen Strip und nicht direkt die physische Festplatte. Diese Lösung weist die folgenden Merkmale auf:

(1) Kombinieren Sie die Kapazitäten in verschiedenen physischen Festplatten-Arrays logisch, um virtuelle Stripe-Sets zu implementieren, und binden Sie mehrere Array-Controller-Ports, was die Verfügbarkeit des Systems bis zu einem gewissen Grad verbessert.

(2) Wenn die Anzahl der Switch-Ports ausreichend ist, können zwei virtuelle Speichergeräte in einem Netzwerk installiert werden, um Redundanz der Strip-Informationen und Zugriffsrechte zu erreichen.

Diese Lösung weist jedoch die folgenden Mängel auf:

(1) Diese Lösung ist im Wesentlichen ein Stripe-Set – eine Festplatten-Array-Struktur. Sobald ein Festplatten-Array-Controller im Stripe-Set beschädigt ist, oder der Pfad von diesem Array zum Switch ist beschädigt, führt eine Beschädigung des Kupferkabels oder des GBIC dazu, dass ein virtuelles LUN offline geht und das Stripe-Set selbst keine Fehlertoleranz aufweist. Die Beschädigung eines LUN bedeutet den Verlust von Daten im gesamten Strip.

(2) Da die Bandbreitenverbesserung dieser Lösung durch Array-Port-Bindung erreicht wird und die effektive Bandbreite gewöhnlicher Fibre-Channel-Array-Controller nur etwa 40 MB/s beträgt, bedeutet das Erreichen einer Bandbreite von mehreren hundert Megabyte einen Anruf von mehr als einem Dutzende Arrays belegen Dutzende von Switch-Ports, was in kleinen und mittleren Netzwerken mit nur einem oder zwei Switches nicht realisierbar ist.

(3) Da die Leistung verschiedener Marken und Modelle von Festplatten-Arrays nicht genau gleich ist, führt die Bindung von Arrays verschiedener Marken und Modelle zu Virtualisierungszwecken zu Problemen: Das Schreiben oder Lesen von Daten nimmt zu Der Datenstrom unterscheidet sich während der Übertragung, was bedeutet, dass die ursprüngliche Datenpaketsequenz nach Abschluss der Übertragung unterbrochen wird und das System Zeit und Ressourcen für die Neusortierung der Datenpakete in Anspruch nehmen muss, was die Systemleistung erheblich beeinträchtigt.

Datenblockvirtualisierung und virtuelles Dateisystem

Die virtuelle Datenblockspeicherlösung konzentriert sich auf die Lösung von Konflikten und Verzögerungen bei der Datenübertragung. In einem SAN mit einer großen Fabric-Struktur, die aus mehreren Switches besteht, sind Latenz und Datenblockkonflikte sehr ernste Probleme, da mehrere Hosts über mehrere Switch-Ports auf Speichergeräte zugreifen. Die virtuelle Datenblockspeicherlösung nutzt virtuelle Multi-Port-Paralleltechnologie, um mehreren Clients eine extrem hohe Bandbreite bereitzustellen und so Verzögerungen und Konflikte zu minimieren. In praktischen Anwendungen verwendet die virtuelle Datenblockspeicherlösung eine symmetrische Topologie.

Die Speicherlösung für virtuelle Dateisysteme konzentriert sich auf die Lösung des Sicherheitsmechanismusproblems beim Dateiaustausch in großen Netzwerken. Stellen Sie die Sicherheit von Netzwerkdateien sicher, indem Sie unterschiedliche Zugriffsberechtigungen für verschiedene Sites festlegen. In praktischen Anwendungen nehmen Speicherlösungen für virtuelle Dateisysteme die Form einer asymmetrischen Topologie an.

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