磁盤(pán)陣列及磁盤(pán)塊級(jí)容量提升技術(shù)研究.pdf

1、隨著數(shù)據(jù)量的爆炸性增長(zhǎng)，特別是近年來(lái)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)，容量和性能的壓力越來(lái)越大。不僅如此，數(shù)據(jù)量的持續(xù)不斷增長(zhǎng)需要存儲(chǔ)容量的不斷增長(zhǎng)，因而需要存儲(chǔ)設(shè)備具有在線擴(kuò)容的功能，這使得存儲(chǔ)設(shè)備的容量擴(kuò)展成為一個(gè)重要的研究方向；另外，磁盤(pán)的容量需要提升，除了磁記錄物理密度的提升外，也需要探索新的記錄方式。
　　磁盤(pán)陣列作為一種應(yīng)用非常廣泛的存儲(chǔ)設(shè)備，數(shù)據(jù)的不斷增長(zhǎng)特性需要其存儲(chǔ)容量具備在線擴(kuò)展的能力，并在擴(kuò)

2、展后能提高性能。為了對(duì)RAID5進(jìn)行擴(kuò)容，數(shù)據(jù)必須從舊磁盤(pán)遷移到新磁盤(pán)，以此來(lái)獲得更多的空間和更好的性能。傳統(tǒng)方法對(duì)RAID5進(jìn)行擴(kuò)容時(shí)需要移動(dòng)幾乎所有數(shù)據(jù)并需要重計(jì)算所有的校驗(yàn)塊，因而速度非常慢。針對(duì)RAID5提出一種基于校驗(yàn)塊數(shù)據(jù)遷移的容量擴(kuò)展新方案（PBM），該方案從數(shù)據(jù)塊分布圖中特定的平行四邊形選擇數(shù)據(jù)進(jìn)行遷移，而且平行四邊形的一條邊全部由校驗(yàn)塊構(gòu)成。當(dāng)增加m個(gè)磁盤(pán)到n個(gè)磁盤(pán)組成的RAID5中時(shí)，PBM可以實(shí)現(xiàn)最小數(shù)據(jù)遷移，遷移

3、量為總數(shù)據(jù)量的m/(n+m)，并且不需要重新計(jì)算任何校驗(yàn)塊。擴(kuò)容之后，雖然磁盤(pán)陣列已經(jīng)不是標(biāo)準(zhǔn)RAID5，但是校驗(yàn)塊同樣能保證均勻分布。實(shí)驗(yàn)環(huán)境在真實(shí)的Linux下對(duì)多個(gè)磁盤(pán)組成的磁盤(pán)陣列進(jìn)行擴(kuò)容實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，PBM方案比傳統(tǒng)的MD方案平均節(jié)省73.6％的擴(kuò)容時(shí)間，而性能下降僅為1.83％。
　　針對(duì)RAID6的H-Code編碼方式提出了一種稱(chēng)為HCS的擴(kuò)容方案。H-Code是一種水平編碼方式，具有較好的可擴(kuò)展性。HCS首先選擇

4、反對(duì)角線上的數(shù)據(jù)塊，然后進(jìn)行水平的數(shù)據(jù)遷移，其優(yōu)點(diǎn)是在遷移過(guò)程中不需要重新計(jì)算兩種校驗(yàn)塊P和Q。擴(kuò)容完成之后，磁盤(pán)陣列仍然能夠保持H-Code方式的數(shù)據(jù)分布，因此能實(shí)現(xiàn)多次擴(kuò)容。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，與同樣為RAID6擴(kuò)容方案的SDM相比，HCS在擴(kuò)容的時(shí)間上減少3.6％，性能夠提高4.26％。
　　作為存儲(chǔ)系統(tǒng)中最基礎(chǔ)存儲(chǔ)單元的磁盤(pán)，目前已經(jīng)有很多方式對(duì)其進(jìn)行容量擴(kuò)展，瓦記錄磁盤(pán)即是其中比較典型的一種。瓦記錄磁盤(pán)通過(guò)疊加磁道的方式來(lái)增加

5、磁盤(pán)中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的面密度，使得在每平方英寸上能存儲(chǔ)超過(guò)1Tb的數(shù)據(jù)。在傳統(tǒng)瓦記錄磁道布局方式上，提出了一種新的波形磁道布局方式，該方式通過(guò)雙向疊加磁道，使得磁盤(pán)的面密度能提高6％-10％。此外，為了提高波形瓦記錄磁盤(pán)訪問(wèn)性能，研究了一種混合瓦記錄的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)HWSR。HWSR對(duì)瓦記錄磁盤(pán)采用段劃分的形式組織數(shù)據(jù)，用固態(tài)盤(pán)（SSD）緩沖區(qū)存放讀數(shù)據(jù)，而用內(nèi)存緩沖區(qū)存放寫(xiě)數(shù)據(jù)。在內(nèi)存數(shù)據(jù)寫(xiě)入瓦記錄磁盤(pán)時(shí)，采用了一種新的寫(xiě)效率優(yōu)先的數(shù)據(jù)淘汰算法H