磁盘IO+Trace收集器设计及实现_对磁盘进行格式化不能够实现的是

来源:职场知识 发布时间:2019-10-23 12:22:51 点击:
华中科技大学 硕士学位论文 磁盘I/O Trace收集器设计及实现 姓名:高扬 申请学位级别:硕士 专业:计算机系统结构 指导教师:谢长生 20070608 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘摘 要要 磁盘性能如今已经成为计算机系统的主要瓶颈之一,CPU 发出读写请求的速度 和磁盘响应的速度越来越不匹配,因而对磁盘性能的评估就显得越来越重要。而国 内外流行的测试软件往往只注重于对磁盘的几种基本性能的测试,如:磁盘的数据 传输率、寻道时间、磁盘性能、CPU 占用率和磁盘工作噪音、工作温度等。这样的 测试得到的数据与实际应用有较大的差别,我们需要的是在充分模拟实际应用环境 下进行的测试,这样得到的数据才能正确地评估出磁盘的性能。

通过设计磁盘 I/O Trace 收集器, 测试在 Windows 操作系统下磁盘在实际应用中 的负载, 并记录负载读写数据。

使用 WDM (Windows 驱动程序模型) 设计该收集器, 过滤驱动截获对磁盘的操作,得到读写磁盘的起始扇区以及扇区数并将这些信息保 存到链表中。通过建立系统线程,不断的从链表中获取信息。最后将这些信息记录 到该收集器自身所创建的日志文件中去。同时设计用户控制程序部分,实现对不同 分区的记录。

使用磁盘 I/O Trace 收集器,对不同应用环境下系统的实际负载情况进行记录而 得到大量真实的数据。进一步模拟实际应用环境,在磁盘测试中使用收集到的日常 读写数据作为输入源以模拟实际应用,最终得到对被测试磁盘真实可靠的性能评价。

这些数据在系统升级新的存储磁盘、对不同的实际应用进行评估等实验中都有很高 的价值。

关键字关键字:过滤,驱动,收集器,性能测试 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract The disk perance of computer systems has become one of the main bottlenecks. Read and write request rate issued by CPU and the disk speed of response is increasingly unmatching. uation of disk becomes more and more important. The testing software that is popular at home and abroad only focus on testing some basic properties of the disk: the disk data transfer rate, seek time, disk perance, CPU utilization and disk working noise, working temperature and so on, such test data do not make much sense in the practical application. What we need is the test carried out on a fully simulated practical application environment. This data can correctly uate the perance of the disk. By designing disk I/O Trace traps, we test the loading of the disk in the practical application on the Windows operating system and record load of read and write data. Using WDM (Windows Driver Model) to design the traps, the filtration drive intercept the operation done to the disk, then, get the original sector entries and its number of read-write disk and save this ination in the linked list. Through the creation of system threads to get ination from the linked list continually. Finally, the ination records in the trap’s own log file. Meanwhile, we design the user control procedure to achieve the records of different sections. Using disk I/O Trace traps, we record the actual load situation of the system on different application environment. To further simulate the actual application environment, during the test, we use the collected daily read-write data as the source to simulate the actual application and finally get the credible disk perance uation. These data is quite valuable in such experiments as upgrading the disk storage of the system, uating different practical application and so forth. Key words: Filter , Driver , Traps , Perance Testing 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到,本声明的法律结果由本人承担。

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年 月 日 本论文属于 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪绪 论论 随着计算机技术的不断发展,十几年来磁盘作为存储介质的中坚力量,无论从 容量还是性能方面都有了翻天覆地的变化,而且现在它在个人电脑的存储设备中的 地位依然是不可动摇的。在任何计算机系统中,磁盘都是最重要的部件之一,目前 它还是用户存储数据的主要场所,平时我们所使用的操作系统、应用软件、游戏及 其它重要数据等都是存储在磁盘中。

1.1 研究的目的和意义研究的目的和意义 磁盘性能如今已经成为计算机系统的主要瓶颈之一。小文件读写的性能瓶颈是 磁盘的寻址(随机读写性能更差) ,评估的标准是 TPS(Transactions Per Second)[1]。

大文件读写的性能瓶颈是带宽,评估的标准是持续的读写速度。

解决一个性能瓶颈,往往又会出现另外的瓶颈或者其他问题,所以性能优化更 加切实的目标是做到在一定范围内使系统的各项资源使用趋向合理和保持一定的平 衡。系统运行良好的时候恰恰也是各项资源达到了一个平衡体,任何一项资源的过 渡使用都会造成平衡体系破坏,从而造成系统负载极高或者响应迟缓。比如 CPU 过 渡使用会造成大量进程等待 CPU 资源,系统响应变慢,等待会造成进程数增加,进 程增加又会造成内存使用增加,内存耗尽又会造成虚拟内存使用,使用虚拟内存又 会造成磁盘 I/O 增加和 CPU 开销增加(用于进程切换、缺页处理的 CPU 开销)[2]。

国内外流行的测试软件往往只注重于对磁盘的几种基本性能:磁盘的数据传输 率、寻道时间、磁盘性能、CPU 占用率和磁盘工作噪音、工作温度等的测试,这样 的测试得到的数据在实际应用中意义并不大。我们需要的是在充分模拟实际应用环 境下进行的测试,这样得到的数据才能正确的评估出磁盘的性能。

设计磁盘 I/O Trace 收集器,自动收集磁盘 I/O 操作基本信息,并自动存入相应 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 日志文件。该收集器能够截获对磁盘的操作,并能够收集到对磁盘进行操作的信息 (其中包括访问的起始扇区,以及该次操作所访问的扇区的总的数目) ,并将这些信 息记录到该收集器自身所创建的文件中去。同时它应该能够开机自动运行,只要一 次设置好该收集器运行的参数,它每启动都能够自行获取这些参数,对磁盘的操作 进行记录。

测试不同存储系统下的磁盘的 I/O 状况, 如:
SCSI 磁盘、 ATA/SATA 磁盘、 RAID 磁盘阵列(RAID0,RAID1,RAID5,RAID0+1) 。

测试不同应用环境下的磁盘的 I/O 状况, 如:
WEB 服务器、 SMTP 服务器、 POP3 服务器、数据库服务器、文件打印服务器等。

使用磁盘 I/O Trace 收集器,对不同应用环境下系统的实际负载情况进行记录而 得到大量真实的数据。进一步模拟实际应用环境,在磁盘测试中使用收集到的日常 读写数据作为输入源以模拟实际应用,最终得到对被测试磁盘真实可靠的性能评价。

这些数据在系统升级新的存储磁盘、对不同的实际应用进行评估等实验中都有很高 的价值。

1.2 国内外研究现状国内外研究现状 1.2.1 磁盘技术要点磁盘技术要点 总的来说,磁盘测试不外乎测试磁盘的数据传输率(包括突发、最大、最小、 连续数据传输率) 、寻道时间(包括平均寻道时间和存取时间) 、磁盘性能(包括普 通商用和高端应用磁盘性能) 、CPU 占用率和磁盘工作噪音、工作温度等[3]。而这些 测试项取决于磁盘的各技术要点,主要有:
1.主轴转速(单位:转/分钟 RPM) 。转速是决定磁盘内部传输率的决定因素 之一,它的快慢在很大程度上决定了磁盘的速度,同时也是区别磁盘档次的重要标 志,例如现在市面上的 IDE 磁盘就可以分为 5400RPM 和 7200RPM 两大档。这项指 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 3 标我们一般只需从产品特征中就可以得到,则无需进行测试

2.平均寻道时间(单位:毫秒 ms) 。它是磁盘最常见的性能指标之一,指磁盘 磁头移动到数据所在磁道时所用的时间,这是衡量磁盘机械能力的重要指标,一般 在 5ms-13ms 之间,平均寻道时间大于 13ms 的

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