磁盤(pán)陣列快速重構(gòu),擴(kuò)容及性能優(yōu)化研究.pdf

1、信息爆炸時(shí)代來(lái)臨使得作為主要信息存儲(chǔ)媒介的磁盤(pán)陣列得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，且被廣泛應(yīng)用于大規(guī)模的存儲(chǔ)系統(tǒng)中，但其自身也存在一些影響其性能和可靠性的問(wèn)題。首先，磁盤(pán)的失效問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致磁盤(pán)陣列需要進(jìn)行頻繁的數(shù)據(jù)重構(gòu)操作，而面對(duì)在線存儲(chǔ)應(yīng)用的增多和磁盤(pán)單盤(pán)容量的不斷增大，這種重構(gòu)操作的時(shí)間會(huì)變得非常漫長(zhǎng)，從而使得存儲(chǔ)系統(tǒng)的可用性和數(shù)據(jù)的可靠性都面臨著考驗(yàn)，發(fā)展快速陣列重構(gòu)技術(shù)勢(shì)在必行。其次，面對(duì)當(dāng)前不斷增加的數(shù)據(jù)量和對(duì)存儲(chǔ)性能的要求，磁盤(pán)陣列原有

2、的容量和帶寬已不適應(yīng)目前的存儲(chǔ)趨勢(shì)，如何對(duì)磁盤(pán)陣列進(jìn)行快速擴(kuò)容也成為了一個(gè)亟需解決的問(wèn)題。與此同時(shí)，隨著云存儲(chǔ)的應(yīng)用發(fā)展，磁盤(pán)陣列也越來(lái)越多的被應(yīng)用于多種存儲(chǔ)場(chǎng)景，特別是共享存儲(chǔ)場(chǎng)景。由于在共享存儲(chǔ)場(chǎng)景下的磁盤(pán)陣列性能會(huì)隨著前端應(yīng)用的增多而導(dǎo)致性能下降，因此共享存儲(chǔ)環(huán)境下的陣列優(yōu)化技術(shù)也被人們也關(guān)注。鑒于此，分析并提出了針對(duì)磁盤(pán)陣列的重構(gòu)、擴(kuò)容和性能優(yōu)化三個(gè)方面的優(yōu)化方法。
　　針對(duì)于目前磁盤(pán)陣列串行化重構(gòu)導(dǎo)致的重構(gòu)時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，

3、提出一種采用并行重構(gòu)思想的進(jìn)行數(shù)據(jù)分布的RAID，稱(chēng)之為S2-RAID。該方法以并行化方式組織磁盤(pán)分區(qū)并創(chuàng)建subRAID結(jié)構(gòu)，保證了磁盤(pán)失效時(shí)的數(shù)據(jù)重構(gòu)流的并行無(wú)沖突I/O操作，大大縮短了重構(gòu)時(shí)間。同時(shí)S2-RAID還可以在特定條件下容許多盤(pán)失效，且在多盤(pán)失效情況下，同樣可以進(jìn)行低粒度方式的并行重構(gòu)。測(cè)試結(jié)果表明，S2-RAID可以比傳統(tǒng)RAID重構(gòu)方法縮短重構(gòu)時(shí)間2-4倍，同時(shí)重構(gòu)期間的前臺(tái)響應(yīng)性能也能得到較好的保證。
　　而

4、面對(duì)當(dāng)前陣列擴(kuò)容時(shí)間長(zhǎng)導(dǎo)致的系統(tǒng)可靠性降低問(wèn)題，提出一種采用混合式條帶分布的快速陣列擴(kuò)容方法，H-Scale。該方法可以大量減小擴(kuò)容過(guò)程帶來(lái)的數(shù)據(jù)遷移量，磁盤(pán)I/O次數(shù)以及校驗(yàn)更新次數(shù)。其基本思想是利用了寬度不同的條帶的分布特點(diǎn)，將擴(kuò)容前后的新老陣列映射為一個(gè)統(tǒng)一的RAID空間，并借助相應(yīng)的映射算法，進(jìn)行數(shù)據(jù)塊的尋址操作。同時(shí)H-Scale可以支持多種RAID級(jí)別的擴(kuò)容以及多次擴(kuò)容等理想擴(kuò)容方法所具備的特征。通過(guò)對(duì)實(shí)現(xiàn)的原型的測(cè)試結(jié)果表

5、明，H-Scale 比傳統(tǒng)擴(kuò)容方法至少縮短了50％的擴(kuò)容時(shí)間，同時(shí)前端性能平均提高了20％以上。該方法在擴(kuò)容時(shí)間和前端性能兩方面得到了很好的均衡。
　　考慮到共享存儲(chǔ)環(huán)境的廣泛應(yīng)用，梳理了共享存儲(chǔ)環(huán)境中磁盤(pán)陣列所面臨問(wèn)題并結(jié)合實(shí)際數(shù)據(jù)集進(jìn)行了詳細(xì)分析，提出一種RAID cache方法DROP，用于緩解陣列整體性能下降。DROP方法通過(guò)利用磁盤(pán)空閑區(qū)域構(gòu)建一個(gè)RAID分布的Cache緩沖池，并結(jié)合共享存儲(chǔ)環(huán)境下各個(gè)應(yīng)用下數(shù)