虛擬鏡像網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的設(shè)計與實現(xiàn)
作者:高 博時間:2015-12-07 10:19:01 來源:www.6scc.cn 閱讀次數(shù):2884次 ]
虛擬光盤鏡像服務(wù)器是專門為光盤資源網(wǎng)絡(luò)共享服務(wù)而設(shè)計開發(fā)的, 它對光盤數(shù)據(jù)資源的共享具有重要意義。本文設(shè)計開發(fā)了一種專用的高性能虛擬光盤鏡像服務(wù)器,它不僅支持遠程共享,還極大地提高了光盤資源的傳輸效率,實驗結(jié)果也表明了本文設(shè)計系統(tǒng)的有效性。
【關(guān)鍵詞】
虛擬光盤鏡像;網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器;設(shè)計
0 引言
數(shù)據(jù)光盤因為其存儲方便、使用簡便等諸多優(yōu)點,已經(jīng)成為了一種重要的數(shù)據(jù)載體,尤其對一些動輒就好幾GB 的大型工程應(yīng)用軟件,將其制作成光盤鏡像后, 無論傳播還是安裝都會變地非常方便。但隨著數(shù)據(jù)光盤使用范圍的不斷變廣,使其在文件管理、數(shù)據(jù)維護以及資源共享方面給廣大用戶帶來了諸多不便,因此虛擬光盤鏡技術(shù)被進行了相關(guān)研究并取得了一定的成果,這在一定程度上克服了上述問題。虛擬光盤鏡像網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器是一種光盤資源在網(wǎng)絡(luò)上的重要共享設(shè)備,因為它本身沒有普通服務(wù)器那樣復(fù)雜的操作系統(tǒng)和硬件連接,只需要完成光盤數(shù)據(jù)在服務(wù)器與客戶端間的傳輸,使用戶能夠像訪問本地光驅(qū)一樣來訪問網(wǎng)絡(luò)光盤資源,消除了光盤資源共享的瓶頸,這使光盤上數(shù)據(jù)的共享性能得到了極大地改善。
當前硬盤價格逐漸下降,而其容量卻不斷增長,這促使了虛擬光盤鏡像服務(wù)器的出現(xiàn)并推動了其進一步發(fā)展。世界上第一個硬盤是由IBM 制造的,當時這個硬盤只有5MB 大小的容量,而現(xiàn)在PC 的硬盤容量已經(jīng)進入了TB 的時代,作為新一代移動存儲介質(zhì)的移動硬盤,其容量也動輒在1TB 以上。假設(shè)一張 CD-ROM 可以存儲 650MB 大小的數(shù)據(jù),那么一塊1TB 的硬盤即可鏡像 1613 張光盤。
1 現(xiàn)有虛擬光盤鏡像服務(wù)器資源共享協(xié)議的分析
就目前來說,虛擬光盤鏡像服務(wù)器在實現(xiàn)光盤數(shù)據(jù)傳輸時大多使用SMB/CIFS 協(xié)議,該協(xié)議具有豐富的功能,但同時也具有明顯的缺點,例如其工作效率較低, 尤其是用戶剛剛連接服務(wù)器時,其響應(yīng)時間尤其漫長,甚至達到幾十秒,這顯然超出了絕大多數(shù)用戶的接受范圍。又例如SMB/CIFS 協(xié)議不支持互聯(lián)網(wǎng)訪問,這使得該協(xié)議僅能在局域網(wǎng)范圍內(nèi)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,從而限制了光盤資源在更大范圍的共享,而在互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的今天,廣大用戶都通過Internet 進行數(shù)據(jù)資源的交流與共享,不支持Internet 的SMB/CIFS 協(xié)議必然會被淘汰。
另外,一些采用SMB/CIFS 協(xié)議共享的數(shù)據(jù)只能在本地的物理光驅(qū)上使用,而無法通過服務(wù)器共享的形式進行使用,這是因為該協(xié)議會造成一些重要的光盤物理源數(shù)據(jù)丟失,如一些特殊的單機版光盤。
2 一種高性能虛擬光盤鏡像服務(wù)器的總體設(shè)計
針對當前光盤資源共享協(xié)議的缺陷以及光盤共享服務(wù)的特點,本文設(shè)計了一種高性能虛擬光盤鏡像服務(wù)器。在本文設(shè)計開發(fā)的服務(wù)器中,虛擬光驅(qū)技術(shù)得到了充分使用,實現(xiàn)了光盤的數(shù)據(jù)塊級共享,這確保了光盤的物理源數(shù)據(jù)不會丟失,從而使一些原先只能通過物理光驅(qū)使用的光盤資源可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享。同時,在成熟的iSCSI 協(xié)議的基礎(chǔ)上,通過大量的精簡和優(yōu)化操作,使得用戶訪問服務(wù)器的效率得到了很大程度的提升,徹底改善了SMB/CIFS 協(xié)議響應(yīng)時間過長的缺陷。因為 iSCSI 協(xié)議在IP 協(xié)議的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的,可以支持互聯(lián)網(wǎng),這給用戶通過Internet 實現(xiàn)光盤資源的共享打下了基礎(chǔ)。為了給用戶提供更佳的光盤資源共享服務(wù),針對光盤資源傳輸?shù)奶攸c,還設(shè)計了一種能夠同時在客戶端和服務(wù)器上使用的兩級Cache 技術(shù),從而使服務(wù)器的共享性能得到了大幅度的提高。最后,為了提高服務(wù)器的管理水平和運行效益,本文還實現(xiàn)了針對光盤共享的靈活計費和用戶權(quán)限管理,這貼合了系統(tǒng)的實際運行需求。
2.1 高性能光盤服務(wù)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計
按照光盤共享服務(wù)器的功能劃分,可以將其劃分為6 個模塊( 如圖1 所示),它們分別是從屬于客戶端的光盤流客戶端模塊和管理客戶端模塊,從屬于服務(wù)器的光盤流服務(wù)器模塊、管理服務(wù)器模塊、光盤鏡像模塊以及磁盤管理模塊。
光盤流客戶端模塊可以根據(jù)用戶的需求,在用戶側(cè)創(chuàng)建數(shù)量不等的虛擬光驅(qū),當虛擬光驅(qū)中的光盤資源被訪問時, 應(yīng)用程序會調(diào)用光盤流客戶端內(nèi)置的資源請求服務(wù),資源請求服務(wù)在接到應(yīng)用程序發(fā)出的請求后就將該請求轉(zhuǎn)發(fā)給服務(wù)器端的光盤流模塊,并同步接受服務(wù)器返回的光盤數(shù)據(jù)以最終提供給用戶,從而完成虛擬光驅(qū)的工作。光盤流服務(wù)器模塊的主要功能是處理來自光盤里客戶端的請求,它支持多線程處理,能夠同時對多用戶的請求進行處理,并分別進行響應(yīng)。同時,它還可以根據(jù)系統(tǒng)的計費設(shè)定對用戶的訪問時間進行記錄,對用戶的通信數(shù)據(jù)流量進行限制,對于一些違規(guī)用戶,還可以屏蔽其IP 地址,從而達到禁止其獲得資源分享的目的。在這個模塊中,因為采用了Cache 技術(shù),所以光盤分享的整體性能都得到了顯著改善。管理客戶端模塊的主要功能是接收來自管理員的命令,并通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信將命令轉(zhuǎn)發(fā)給管理服務(wù)器, 同時還要對來自管理服務(wù)器的處理結(jié)果反饋進行顯示。管理服務(wù)器模塊的功能是對來自管理客戶端的命令進行處理和反饋,因為命令的種類存在多種,而針對不同命令有不同的處理程序,所以該模塊需要對命令類型進行判定,并依據(jù)判定結(jié)果調(diào)用相應(yīng)的程序加以處理,最后將處理結(jié)果進行反饋。光盤鏡像模塊的功能是對光盤驅(qū)動器進行管理和監(jiān)測,一旦發(fā)現(xiàn)有新光盤出現(xiàn),就按照預(yù)置的處理策略對新光盤進行鏡像處理。磁盤管理模塊的主要功能是檢測磁盤信息,一旦發(fā)現(xiàn)有新的磁盤出現(xiàn),就按照預(yù)先定義的配置策略對磁盤進行操作,如格式化磁盤或?qū)Υ疟P分區(qū)進行添加、刪除和合并等。
2.2 光盤流服務(wù)器的實現(xiàn)原理
針對光盤資源共享服務(wù)這一特定應(yīng)用,在iSCSI 協(xié)議的基礎(chǔ)上開發(fā)了一個新的光盤數(shù)據(jù)傳輸及共享模式。具體實現(xiàn)思路是在客戶端虛擬SCSI 光盤驅(qū)動器,并將來自客戶端的處理命令進行分類,能在客戶端處理的就盡量在客戶端處理,對于不能在客戶端處理的少數(shù)幾個命令( 如讀光盤命令) 則傳輸?shù)椒⻊?wù)器進行處理,以提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率。光盤流服務(wù)器采用虛擬光驅(qū)技術(shù),用戶通過虛擬光驅(qū)訪問服務(wù)器上的光盤數(shù)據(jù)與訪問本地物理光驅(qū)中的光盤在操作上沒有區(qū)別,其訪問原理如圖2 所示。由圖可知,客戶端用戶的請求通過應(yīng)用程序發(fā)給虛擬光驅(qū),而虛擬光驅(qū)則利用網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議將請求轉(zhuǎn)發(fā)給服務(wù)器上的光盤流服務(wù)器,光盤流服務(wù)器讀取被請求光盤的ID 信息,并在存儲于磁盤上的虛擬光盤鏡像庫中進行查找,將找到的光盤數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)接脩舻奶摂M光驅(qū)上,以便用戶使用。這個過程對操作系統(tǒng)和用戶是完全透明的,用戶訪問服務(wù)器上的光盤與訪問本地光盤在形式上是一致的, 這極大地方便了用戶使用。
圖2 虛擬光盤鏡像服務(wù)器的訪問原理
4 實驗與結(jié)果分析
實驗條件:服務(wù)器和客戶端都使用個人臺式PC 搭建,其具體配置為Intel Core 2 Q8400 2.66GHz,4G RAM,硬盤為500GB。整個實驗在100Mbps 的以太網(wǎng)上進行,客戶端與服務(wù)器則通過IP 交換機進行連接。
圖3、圖4 分別為光盤流服務(wù)器和SAMBA 服務(wù)器的吞吐率曲線和平均響應(yīng)時間曲線。
由圖3 和圖4 可知,隨著I/O 請求數(shù)據(jù)塊的增大,雖然本文設(shè)計開發(fā)的服務(wù)器與SAMBA 的數(shù)據(jù)傳輸率都會相應(yīng)升高, 但總體上來說,本文所設(shè)計開發(fā)的虛擬光盤鏡像服務(wù)器性能更優(yōu),具體表現(xiàn)為數(shù)據(jù)傳輸率更高,平均響應(yīng)時間則較低。本文所設(shè)計開發(fā)的虛擬光盤鏡像服務(wù)器能夠取得較佳性能的主要原因在于,數(shù)據(jù)連接一旦建立就只傳輸光盤數(shù)據(jù),這期間不傳輸控制命令,而且數(shù)據(jù)是以網(wǎng)絡(luò)上盡可能大的數(shù)據(jù)包來傳輸?shù)模@充分利用了網(wǎng)絡(luò)的物理帶寬。與之相對的是,SAMBA 服務(wù)器在進行數(shù)據(jù)傳輸時會同步傳輸大量數(shù)據(jù)包較小的控制命令,而這在本文所設(shè)計的虛擬光盤鏡像服務(wù)器中是不存在的。因此,可以得出結(jié)論,本文所設(shè)計開發(fā)的虛擬光盤鏡像服務(wù)器具有較優(yōu)的性能。
5 結(jié)束語
虛擬光盤鏡像服務(wù)器是專門為光盤資源網(wǎng)絡(luò)共享服務(wù)而設(shè)計開發(fā)的,它對光盤數(shù)據(jù)資源的共享具有重要意義。本文設(shè)計開發(fā)了一種專用的高性能虛擬光盤鏡像服務(wù)器,它不僅支持遠程共享,還極大地提高了光盤資源的傳輸效率,實驗結(jié)果也表明了本文設(shè)計系統(tǒng)的有效性。
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