本发明专利技术公开了一种基于SSD和HDD混合存储的无盘网络服务器数据分布方法，该方法为：将固态硬盘SSD导出，作为无盘网络中所有的工作站共享的系统盘，安装无盘工作站共享的操作系统和应用软件；在HDD硬盘上为每个SSD硬盘分区的扩展块分配一个改写重定向表，及为每个无盘工作站分配一个私有数据区；在主存中为每个改写扩展块分配一个Cache区；服务器初始化完成后，每次启动与运行无盘工作站，服务器接收到工作站对混合磁盘的I/O请求时进行数据读写。本发明专利技术能提升无盘工作站启动操作系统和运行应用程序的速度，延长存储介质寿命。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无盘工作站的系统数据在服务器混合磁盘上的优化组织与分布方法， 具体是一种基于SSD和HDD混合存储的无盘网络服务器数据分布方法。
技术介绍
无盘网络工作站由于没有本地磁盘，其启动过程通过扩展ROM BIOS(如PXE、iSCSI BIOS)，从DHCP服务获得与存储服务器建立会话和连接的登录参数，无盘工作站的I/O请求重定向到存储服务器。存储服务器上运行有SAN目标器(Target)和卷管理器两大组件， 卷管理器统一管理各种存储设备，将单个的磁盘设备虚拟化为一个逻辑存储池，并按需部署逻辑存储卷，辅助完成逻辑存储卷到无盘工作站本地SCSI硬盘的映射；SAN目标器从无盘网络接收来自不同工作站的I/O命令，将其解析为服务器能够识别的针对不同逻辑存储卷的命令然后交给卷管理器处理，卷管理器完成逻辑存储卷到物理存储设备地址解析，并将I/O命令分发到多个物理存储设备并行执行。在设备处理完I/O命令后，卷管理器将I/ 0响应提交给SAN目标器，后者经过反向解析将请求数据或响应通过网络应答无盘工作站， 所有的I/O过程对于无盘工作站完全透明。无盘网络工作站开机后经授权认证自动连接到集中式存储服务器，并将服务器上的存储卷映射给工作站，使无盘工作站拥有与本地磁盘访问特性一致的逻辑硬盘，并可以从逻辑硬盘上引导启动系统软件与应用软件。利用该技术，IT用户可以将计算机映像(包括应用程序、操作系统、用户私有数据)保存在存储服务器中，从一个位置管理和解析它们，在系统安装、软件升级、杀毒等工作中大大减少管理员的工作量，提高工作效率，从而显著降低系统管理成本。存储服务器始终是无盘网络的性能瓶颈，特别是其硬盘子系统。通过使用磁盘阵列改善了服务器的I/O吞吐量，但由于传统硬盘一般由马达、盘片和磁头等机械运动部件构成，机械组件的使用将需要较多的时间和较大的功耗，使得传统硬盘在无盘网络服务器多I/O读写操作的状态下，工作站启动系统和进入应用软件非常缓慢。最近基于闪存的固态硬盘SSD由于不断增长的容量和不断下降的价格而变得非常富有吸引力，固态硬盘运用闪存芯片取代了传统硬盘中的机械运动部件，由于不需要等待机械部件的运动过程，从而大大加快了硬盘的数据传输和读写速度，无论是无盘网络服务器磁盘在高负载，满机负载的情况下，工作站无需等待服务器磁盘I/O处理速度问题而滞留。然而，目前对SSD的许多应用集中在两个方面第一是通过在文件系统和设备驱动层用不同的管理算法，将SSD作为传统硬盘来使用；第二是使用SSD作为高速缓存。由于 SSD的物理特性决定了 SSD具有优异的随机读性能，但也限制了 SSD的写性能远低于读性能，并且反复的擦写势必大大缩短SSD的寿命。因此，在实际的无盘网络服务器数据组织与分布方式存在如下缺陷1)完全用HDD或HDD的磁盘阵列来存放无盘工作站的系统数据和私有数据，由于 HDD硬盘的机械操作，使无盘网络服务器多I/O读写操作的状态下，工作站启动系统和进入应用软件非常缓慢。2)在无盘网络服务器上，用与HDD同样的方式使用SSD进行无盘工作站系统数据和私有数据存储，或使用SSD作为Cache，由于不可避免产生大量的随机写SSD操作，而SSD 的随机写性能远差于随机读性能，且SSD频繁的随机写势必大大缩短SSD的寿命。3)每个无盘工作站启动过程中将频繁产生小量数据块改写操作，如果将改写数据块分布到SSD，一方面写性能较差，另一方面也加大了 SSD损耗。所以，采用现有的方法存在无盘工作站启动过程中系统数据读瓶颈、SSD大量写操作导致的SSD易损耗等缺陷。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对目前无盘工作站并发运行导致的服务器I/O 性能瓶颈，以及工作站频繁启动过程中小量数据的回写导致存储介质易损耗的问题，提出基于SSD和HDD混合存储的服务器数据分布方法，提升无盘工作站启动操作系统和运行应用程序的速度、延长存储介质寿命。 为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是基于SSD和HDD混合存储的无盘网络服务器数据分布方法为1)将固态硬盘SSD导出，作为无盘网络中所有的工作站共享的系统盘，安装无盘工作站共享的操作系统和应用软件；2)在HDD硬盘上为每个SSD硬盘分区的扩展块分配一个改写重定向表，及为每个无盘工作站分配一个私有数据区；3)在主存中为每个改写扩展块分配一个Cache区；4)服务器初始化完成后，每次启动与运行无盘工作站，服务器接收到工作站对混合磁盘的I/O请求时进行数据读写。安装无盘工作站共享的操作系统和应用软件的步骤为1)在无盘网络服务器的系统盘上安装Linux操作系统，并安装SAN目标器和卷管理器驱动程序，卷管理器将SSD硬盘映射为可供工作站共享的逻辑磁盘。2)启动某一台带有光驱的无盘工作站，通过工作站扩展的ROM BIOS将工作站I/O 请求重定向到存储服务器。ROM BIOS将服务器上的SSD硬盘映射为本地磁盘，通过光驱安装盘将该映射磁盘划分一个容量大小为20GB至40GB的NTFS分区，并安装供工作站启动和运行的操作系统和应用软件等。在HDD硬盘上为每个SSD硬盘分区的扩展块分配一个改写重定向表及为每个无盘工作站分配一个私有数据区的步骤为1)系统管理员通过应用程序接口 API设定卷管理器的扩展块由连续的多个逻辑块构成，扩展块大小为磁盘扇区大小(512个byte)的整数倍。工作站对映射磁盘的I/O请求将通过扩展块寻址，扩展块既是服务器高速缓存的基本Cache页管理单位，也是服务器后端通道适配卡与Cache之间的DMA数据传输粒度。来自工作站的I/O命令中的逻辑块地址被转换成所对应的扩展块号和Cache页号。如可以设定扩展块大小为U8KB，即连续256 个扇区为一个扩展块。2)卷管理器根据固态硬盘SSD的NTFS分区容量大小，算出该分区的扩展块块数，并将该分区按扩展块号编址。如SSD中NTFS分区大小为20GB，扩展块大小为U8KB，则扩展块块数为20*1024/128 = 160K，扩展块块号为0，1，2， ，160K-1。3)卷管理器构造SSD分区的扩展块改写标识位，SSD分区的每个扩展块对应有1 位来识别该扩展块是否被改写，若有工作站对某扩展块进行了改写，则相应标识置位，否则为0。将SSD的所有扩展块改写标识位组合构成一有序线性表，序号对应扩展块编号。如 SSD的NTFS分区扩展块块数为160K，则改写标识线性表为160K/8 = 20KB,该线性表保存在 HDD硬盘的特定区域。4)卷管理器为每个SSD的NTFS分区扩展块在HDD硬盘上分配一个重定向索引区 RIA，用来注册多个工作站对该扩展块改写后的重定向块地址。RIA为一维有序队列，队列元素编号对应工作站编号，队列元素值为重定向地址，若工作站对该扩展块没有修改，则该地址为空，否则在与工作站编号对应的队列元素处注册改写块存放的地址，队列元素大小为4 个字节。5)卷管理器为每个工作站在HDD硬盘上分配一个工作站私有数据区WPDA，存放该工作站对SSD的NTFS分区扩展块的改写数据实体，改写数据实体存储块的地址注册到RIA 队列元素中。6)在无盘工作站启动过程中，服务器上的卷管理器根据SSD扩展块改写标识位， 从位于HDD硬盘上的重定向索引区RIA和工本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于ＳＳＤ和ＨＤＤ混合存储的无盘网络服务器数据分布方法，其特征在于，该方法为：１）将固态硬盘ＳＳＤ导出，作为无盘网络中所有的工作站共享的系统盘，安装无盘工作站共享的操作系统和应用软件；２）在ＨＤＤ硬盘上为每个ＳＳＤ硬盘分区的扩展块分配一个改写重定向表，及为每个无盘工作站分配一个私有数据区；３）在主存中为每个改写扩展块分配一个Ｃａｃｈｅ区；４）服务器初始化完成后，每次启动与运行无盘工作站，服务器接收到工作站对混合磁盘的Ｉ／Ｏ请求时进行数据读写。
【技术特征摘要】
1.一种基于SSD和HDD混合存储的无盘网络服务器数据分布方法，其特征在于，该方法为1)将固态硬盘SSD导出，作为无盘网络中所有的工作站共享的系统盘，安装无盘工作站共享的操作系统和应用软件；2)在HDD硬盘上为每个SSD硬盘分区的扩展块分配一个改写重定向表，及为每个无盘工作站分配一个私有数据区；3)在主存中为每个改写扩展块分配一个Cache区；4)服务器初始化完成后，每次启动与运行无盘工作站，服务器接收到工作站对混合磁盘的I/O请求时进行数据读写。2.根据权利要求1所述的基于SSD和HDD混合存储的无盘网络服务器数据分布方法， 其特征在于，安装无盘工作站共享的操作系统和应用软件的步骤为1)在无盘网络服务器的系统盘上安装Linux操作系统，并安装SAN目标器和卷管理器驱动程序，卷管理器将SSD硬盘映射为可供工作站共享的逻辑磁盘；2)启动某一台带有光驱的无盘工作站，通过工作站扩展的ROMBIOS将工作站I/O请求重定向到存储服务器，ROM BIOS将服务器上的SSD硬盘映射为本地磁盘，通过光驱安装盘将该映射磁盘划分一个容量大小为20GB至40GB的NTFS分区，并安装供工作站启动和运行的操作系统和应用软件。3.根据权利要求1所述的基于SSD和HDD混合存储的无盘网络服务器数据分布方法， 其特征在于，在HDD硬盘上为每个SSD硬盘分区的扩展块分配一个改写重定向表及为每个无盘工作站分配一个私有数据区的步骤为1)系统管理员通过应用程序接口API设定卷管理器的扩展块由连续的多个逻辑块构成，工作站对映射磁盘的I/O请求将通过扩展块寻址，来自工作站的I/O命令中的逻辑块地址被转换成所对应的扩展块号和Cache页号；2)卷管理器根据固态硬盘SSD的NTFS分区容量大小，算出该分区的扩展块块数，并将该分区按扩展块号编址；3)卷管理器构造SSD分区的扩展块改写标识位，将SSD的所有扩展块改写标识位组合构成一有序线性表，序号对应扩展块编号；4)卷管理器为每个SSD的NTFS分区扩展块在HDD硬盘上分配一个重定向索引区RIA， 用来注册多个工作站对该扩展块改写后的重定向块地址；5)卷管理器为每个工作站在HDD硬盘上分配一个工作站私有数据区WPDA，存放该工作站对SSD的NTFS分区扩展块的改写数据实体，改写数据实体存储块的地址注册上述的RIA 队列元素中；6)在无盘工作站启动过程中，服务器上的卷管...
【专利技术属性】
技术研发人员：谭怀亮，吴帆，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：43
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