一种提升四节点互联的RAID5阵列性能及寿命的调度方法技术

本发明专利技术公开一种提升四节点互联的RAID5阵列性能及寿命的调度方法，包括步骤如下：通过分析器分析当前各硬盘的工作负载以及寿命：调度器根据所述分析器分析结果按预定方法将各读写请求分配到每个硬盘。本发明专利技术基于SSD组成的RAID5阵列提出一种新颖高效的调度方法，使阵列中各SSD负载更加均衡，提升SSD使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种提升四节点互联的RAID5阵列性能及寿命的调度方法
本专利技术涉及RAID5性能优化
，特别是涉及一种提升四节点互联的RAID5阵列性能及寿命的调度方法。
技术介绍
随着大数据应用的蓬勃发展，高性能、高可靠性、低功耗的存储设备在大数据接入的数据中心环境中受到了广泛的关注，高效的数据读写成为人们关注的焦点。独立磁盘冗余阵列(RAID)是将多个硬盘组合成一个硬盘阵列组，使性能能够达到或超过大容量的昂贵硬盘，RAID5是一种存储性能、数据安全和存储成本兼顾的存储解决方案，可以为系统提供数据安全保障。它比单个硬盘提供更高的性能和数据冗余，因此受到广泛关注。RAID根据不同的应用场景有不同的级别(如RAID1、RDIA2)，RAID5由于其存储性能、数据安全性和存储成本低而在业界得到广泛应用。然而，固态硬盘(SSD)相比传统硬盘驱动器(HDD)可以提供更高的I/O性能，更低的功耗，和更高的抗冲击，因此，SSD已经取代了传统磁盘阵列中的HDD，已经成为磁盘阵列中传统硬盘的竞争对手。但是，传统磁盘阵列使用的统一I/O调度策略(如FCFS)没有充分考虑SSD读写性能不对称的特点，导致SSD性能利用率不足，小的随机写操作会降低SSD的I/O性能。此外，由于新型闪存SSD的使用寿命有限，如何最大限度地延长SSD的使用寿命，提高磁盘阵列的整体使用寿命成为研究的重点。一些现有技术已经研究利用磁盘阵列的几种I/O调度方法。FCFS(先来先服务)根据请求到达的顺序确定执行请求的顺序，调度程序不修改执行请求的顺序。I/O平衡调度方法均衡的分配读写请求，其目的是平均分配每个磁盘的I/O访问频率，是一种用于提高磁盘阵列平衡的out-of-order(乱序)调度策略。RR(轮询)调度方法循环的将写请求分配到各个硬盘。对于基于SSD的磁盘阵列，上述调度算法存在以下两个问题。一方面，传统磁盘阵列中使用的统一的I/O调度策略(例如(FCFS)没有充分考虑SSD读写性能不对称的特点，导致磁盘阵列性能利用率不足。另一方面，单个SSD的使用寿命没有被充分考虑，从而导致整个磁盘阵列的总体寿命下降。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种提升四节点互联的RAID5阵列性能及寿命的调度方法，该调度方法基于阵列中各SSD工作负载以及使用寿命动态分配写请求地址，有效地提升了RAID5阵列的读写性能以及使用寿命。为实现本专利技术的目的所采用的技术方案是：一种提升四节点互联的RAID5阵列性能及寿命的调度方法，包括步骤如下：通过分析器分析当前各硬盘的工作负载以及寿命：调度器根据所述分析器分析结果按预定方法将各读写请求分配到每个硬盘。其中，所述工作负载由硬盘延迟表征，所述硬盘延迟表示硬盘中最大通道延迟。其中，每个通道延迟是由通道内部请求队列中的每个请求加和形成；delayi＝Trequest_end-Trequest_arrive-Trequest_time，channel_delayn表示通道延迟，delayi表示通道内部请求队列中的每个请求，Trequest_end表示请求执行结束的时间，Trequest_arrive表示请求到达的时间，Trequest_time表示请求执行的时间。其中，硬盘的寿命由下面的公式计算获得：SSD_life＝(SDD_capacity(GB)*P/E_count)-W_totalCapacity其中P/E_count表示SSD中闪存单元可擦写次数，W_totalCapacity表示已写容量。其中，所述调度器采用以下方法将各读写请求分配到每个硬盘根据分析器传入的参数计算每个SSD寿命是否大于平均寿命且延迟小于平均延迟，若满足则将此SSD加入备选调度集中，所有SSD计算完成后从备选调度集中选出延迟最小的SSD，将本次请求分配到该SSD。其中，用avg_l和avg_d分别表示SSD的平均寿命和平均延迟，由下式计算得出avg_l和avg_d，式中S表示RAID5中SSD数量：其中，所述调度器将请求分配到延迟最小的SSD上，需要计算各SSD的最小延迟，即最小通道延迟，计算公式如下所示：SSD_min_delayi＝minchannel_delayi，式中，SSD_min_delayi表示延迟最小的SSD，minchannel_delayi表示SSD的最小通道延迟。本专利技术的该调度方法通过预测读写请求的延迟和RAID5阵列中每个SSD的工作负载来动态分配下一个写请求的地址。附图说明图1为本专利技术的提升四节点互联的RAID5阵列性能及寿命的调度方法的流程图；图2为优化后RAID5结构图；图3为调度器调度算法示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术涉及RAID5阵列性能优化以及SSD优化。优化磁盘阵列的I/0性能，以及延长磁盘阵列的使用寿命，是本专利技术要解决的问题。一方面，由于读写操作时间不同，针对不同读/写请求操作，本专利技术充分考虑了SSD中组件的并行性，并研究了如何利用这些组件来线性预测请求延迟。另一方面，为了改进磁盘阵列的总体生命周期，本专利技术动态地预测每个SSD的生命周期，并将其用作下一个请求分配的指标之一。最后，基于每个SSD的请求延迟和剩余生存期的两个标准，使用一个写分布模型来动态分配下一个写请求。值得注意的是，由于每个读请求的地址是固定的，所以本专利技术只是使用它来预测SSD的负载延迟。如图1所示，本专利技术的提升四节点互联的RAID5阵列性能及寿命的调度方法，通过延迟预测与寿命感知模块和请求调度模块实现调度，首先通过分析器分析当前各硬盘的工作负载以及寿命：然而由调度器根据所述分析器的分析结果按预定方法将各读写请求分配到每个硬盘。本专利技术中，RAID5结构如图2所示，其控制器(Controller)有分析器(Analyzer)和调度器(I/OScheduler)。需要通过主机交互界面(HostInterface)写入或输入(Input)数据D0，D1，……，D10，D11到磁盘阵列(DiskArrays)的各个硬盘SSD#0，SSD#1，SSD#2，SSD#3中前，分析器分析当前各硬盘的工作负载以及寿命，调度器在分析器分析结果上利用调度算法将各读写请求分配到每个磁盘，最后完成后结构如图2所示，其中，P0，P1，P2，P3，表示Parity(奇偶校验位)，分别形成条带化数据(Strip#0，Strip#1，Strip#2，Strip#3)。所使用的调度算法如图3所示。各硬盘工作负载可以由各硬盘延迟来表示，各硬盘延迟即硬盘中最大通道延迟，如公式1所示：SSD_delay＝maxchannel_delayi(1)其中channel_delay本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提升四节点互联的RAID5阵列性能及寿命的调度方法，其特征在于，包括步骤如下：/n通过分析器分析当前各硬盘的工作负载以及寿命：/n调度器根据所述分析器分析结果按预定方法将各读写请求分配到每个硬盘。/n

【技术特征摘要】
1.一种提升四节点互联的RAID5阵列性能及寿命的调度方法，其特征在于，包括步骤如下：
通过分析器分析当前各硬盘的工作负载以及寿命：
调度器根据所述分析器分析结果按预定方法将各读写请求分配到每个硬盘。


2.根据权利要求1所述提升四节点互联的RAID5阵列性能及寿命的调度方法，其特征在于，所述工作负载由硬盘延迟表征，所述硬盘延迟表示硬盘中最大通道延迟。


3.根据权利要求2所述提升四节点互联的RAID5阵列性能及寿命的调度方法，其特征在于，每个通道延迟是由通道内部请求队列中的每个请求加和形成；
delayi＝Trequest_end-Trequest_arive-Trequest_time，



式中，channel_delayn表示通道延迟，delayi表示通道内部请求队列中的每个请求，Trequest_end表示请求执行结束的时间，Trequest_arrive表示请求到达的时间，Trequest_time表示请求执行的时间。


4.根据权利要求3所述提升四节点互联的RAID5阵列性能及寿命的调度方法，其特征在于，硬盘的寿命由下面的公式计算获得：
SSD_life＝(SSD_capacity(GB)*P/E_count)-W_totalCapa...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈仁海，燕国骅，关启明，冯志勇，
申请(专利权)人：天津大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44