盤陣列的數(shù)據(jù)布局技術(shù)研究.pdf

1、磁盤陣列是構(gòu)建高性能、高可靠和大容量磁盤存儲系統(tǒng)的一項重要技術(shù)，隨著磁盤技術(shù)和新型存儲器如固態(tài)盤技術(shù)等的發(fā)展，傳統(tǒng)的磁盤陣列技術(shù)正面臨著一些挑戰(zhàn)。磁盤容量以每年60％速度增長，而磁盤的性能指標，如尋道時間和旋轉(zhuǎn)延遲等僅僅以10％左右的速度增長。此外，研究發(fā)現(xiàn)大規(guī)模存儲系統(tǒng)中磁盤的故障率遠超出了磁盤廠商標稱的數(shù)值。磁盤容量、性能和可靠性的不平衡發(fā)展導(dǎo)致傳統(tǒng)的磁盤陣列數(shù)據(jù)布局方式不能夠滿足用戶對磁盤陣列性能和可靠性的需求。并且用戶對綠色存儲

2、的迫切需求，要求磁盤陣列在能耗方面能夠有所改進，而傳統(tǒng)磁盤陣列的設(shè)計初衷是沒有考慮能耗的。同時，隨著固態(tài)盤技術(shù)的日益發(fā)展，固態(tài)盤陣列技術(shù)也面臨著一些挑戰(zhàn)。因此，對傳統(tǒng)磁盤陣列的數(shù)據(jù)布局方式進行優(yōu)化，以提供高性能、高可靠和低能耗的存儲系統(tǒng)是一項緊迫的任務(wù)。
　　 鏡像磁盤陣列由于鏡像冗余的特性導(dǎo)致對于每個寫請求，均在互為鏡像的兩個磁盤都完成寫請求后才能返回該請求的完成信號，因此寫性能較差，同時雙冗余特性也使其運行時耗能較多。針對鏡

3、像磁盤陣列的寫性能問題和能耗問題提出了兩種改進的數(shù)據(jù)布局方案：提高性能的數(shù)據(jù)布局方法RAID10L和提高能效的數(shù)據(jù)布局方法GRAID。RAID10L的基本思想是對所有的寫請求采取寫平衡，即從兩個互為鏡像的磁盤中選取一個磁盤寫入（采用最短尋道時間優(yōu)先策略），同時將該數(shù)據(jù)順序地寫入到日志盤中，并且在非易失性存儲器中標記該請求，操作完成后即報告寫請求完成。將數(shù)據(jù)從一個磁盤更新到其對應(yīng)鏡像盤的操作延遲到空閑時間段進行，這樣大大提高了鏡像磁盤陣列

4、的性能。性能評估結(jié)果表明相比于RAID10和RAID0，RAID10L對性能有27.3％-47.1％的提升。GRAID的基本思想是對所有的寫請求，一份數(shù)據(jù)寫入兩個鏡像盤中的一個，另一份數(shù)據(jù)順序地寫入日志盤中，并且在非易失性存儲器中標記該請求，另一個鏡像盤置于低能耗狀態(tài)。一段時間后再把所有的鏡像磁盤旋轉(zhuǎn)起來，將修改過的數(shù)據(jù)從主磁盤更新到鏡像盤中。這樣可以最大限度地保證GRAID 關(guān)閉一半的磁盤來節(jié)約能耗，相比于現(xiàn)有的節(jié)能技術(shù)，可靠性也得到

5、了保證。性能評估結(jié)果表明，GRAID的能效明顯優(yōu)于RAID10，最多提高了32.1％，平均為25.4％。另外，在RAID10L和GRAID的基礎(chǔ)上提出了采用鏡像和校驗兩種冗余機制保護的磁盤陣列MP-RAID，進一步提高了磁盤陣列的可靠性。MP-RAID通過自我調(diào)節(jié)的方式在鏡像和校驗兩種冗余保護機制下切換，以達到節(jié)約能耗和提高性能的目的。
　　 基于Flash 存儲介質(zhì)的固態(tài)盤具有小寫性能差和擦除次數(shù)有限的特性，因此不能簡單地將磁

6、盤陣列技術(shù)應(yīng)用到固態(tài)盤陣列中。為了充分挖掘固態(tài)盤和磁盤的性能特性，提出了一種混合式盤陣列HPDA。HPDA是使用固態(tài)盤做數(shù)據(jù)盤、磁盤做校驗盤的RAID4 陣列結(jié)構(gòu)，消除了由于校驗信息頻繁更新而導(dǎo)致的固態(tài)盤存儲介質(zhì)損耗問題，但是該架構(gòu)并沒有解決校驗盤陣列的小寫性能問題和快速數(shù)據(jù)恢復(fù)問題。為此在該RAID4 架構(gòu)上又加入一塊磁盤，與校驗盤中的剩余磁盤空間組成一個鏡像緩存空間，暫時緩存來自主機的隨機寫請求數(shù)據(jù)。由于寫入鏡像緩存空間的數(shù)據(jù)是順序