磁盤陣列存儲系統(tǒng)的分組編碼技術(shù)研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，當(dāng)前每天都將產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)。為了存儲這些數(shù)據(jù)，獨(dú)立磁盤冗余陣列(RAID)利用多個(gè)磁盤提升系統(tǒng)容量和讀寫性能。在大規(guī)模RAID系統(tǒng)中，由于磁盤數(shù)較多，磁盤故障是一種常態(tài)。因此，RAID系統(tǒng)通常會額外保存冗余數(shù)據(jù)，以保證數(shù)據(jù)可靠性。當(dāng)發(fā)生磁盤故障時(shí)，需要將壞盤修復(fù)，以維持?jǐn)?shù)據(jù)可用性。并且，修復(fù)過程應(yīng)該盡可能更快，因?yàn)槿绻迯?fù)時(shí)間過長，將長時(shí)間影響用戶訪問，并且在修復(fù)期間，若更多的磁盤發(fā)生故障，有可能造成數(shù)據(jù)的永久丟失

2、。然而，磁盤容量發(fā)展迅速，磁盤讀寫性能卻發(fā)展緩慢，傳統(tǒng)RAID系統(tǒng)要修復(fù)單個(gè)TB級容量的磁盤將耗費(fèi)大量時(shí)間。
　　為了極大地加快存儲系統(tǒng)單盤修復(fù)速度，本文提出了一種新的RAID結(jié)構(gòu)，叫做OI-RAID，它的本質(zhì)是一種分組編碼技術(shù)。OI-RAID是一種分層結(jié)構(gòu)，包含了兩層編碼，即外層編碼和內(nèi)層編碼。外層編碼基于平衡不完全區(qū)組設(shè)計(jì)(BIBD)和一種偏移輪轉(zhuǎn)策略，能利用大量磁盤的帶寬并行修復(fù)單個(gè)壞盤;內(nèi)層編碼基于每條對角線，部署在每個(gè)磁

3、盤組中。本文通過具體示例介紹了OI-RAID的構(gòu)建方法。我們在兩層編碼都部署了RAID5碼，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證并分析了OI-RAID的各方面性能。結(jié)果表明，OI-RAID能利用不超過350個(gè)磁盤，使加速比達(dá)到60，因此能在短時(shí)間內(nèi)修復(fù)TB級容量的磁盤;OI-RAID在單盤修復(fù)過程中的數(shù)據(jù)讀取總量遠(yuǎn)低于相同容錯能力的MDS糾刪碼，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)帶寬和磁盤讀寫開銷;OI-RAID能利用接近于理論最少的磁盤數(shù)獲取極高的單盤修復(fù)性能，保持了較低的磁盤開銷

4、;OI-RAID的存儲開銷較低，介于0.2到0.6之間;OI-RAID的更新開銷已達(dá)到最優(yōu)。
　　在實(shí)際的應(yīng)用場景中，為了降低分組編碼技術(shù)對存儲系統(tǒng)磁盤數(shù)的限制，我們分別基于Steiner三連系和完全圖構(gòu)建了OI-RAID，并提出了兩種虛擬磁盤技術(shù)。這些方法都額外耗費(fèi)了更多的磁盤開銷，以換取OI-RAID構(gòu)建的靈活性，為OI-RAID的參數(shù)提供了更多選擇。為了進(jìn)一步提高OI-RAID的數(shù)據(jù)可靠性，我們在OI-RAID的兩層編碼中分