一种垂直排布集中校验的节能型磁盘阵列的构建方法技术

本发明专利技术涉及一种垂直排布集中校验的节能型磁盘阵列的构建方法，适用于连续数据存储，属于独立磁盘冗余阵列技术领域。本发明专利技术针对连续数据存储的特点，设计实现一种新的独立磁盘冗余阵列Ｓ－ＲＡＩＤ?４，主要包括：存储数据在Ｓ－ＲＡＩＤ?４上的布局、存储数据的读写、校验数据的生成方式、写数据时的数据缓冲与预读优化、磁盘工作状态转换调度等。磁盘阵列Ｓ－ＲＡＩＤ?４不但具有良好的冗余数据保护机制，而且能显著降低功耗，延长使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种独立磁盘冗余阵列(Redundant Arrays of Independent Disks, RAID)的构建方法，特别涉及，适用于 连续数据存储，属于独立磁盘冗余阵列

技术介绍
在现代存储领域，为了提高存储数据的可靠性和改善存储系统的输入、输出性能， 人们设计了多种数据存储方案，这些数据存储方案通常是各种类型的独立磁盘冗余阵列 (Redundant Arrays of Independent Disks，RAID)。通过使用特定的硬件或软件，RAID 把 多个物理存储设备如磁盘，联合起来，形成一个统一的逻辑存储设备。下面对RAID中常用的技术术语进行解释条带又称为Stripe ；是磁盘阵列的不同磁盘上的位置相关的分块的集合，是组 织不同磁盘上条块的单位。条带化又称为Striping ；是指把一段连续数据分割成相同大小的数据块，把每 段数据分别写入到磁盘阵列的不同磁盘上的方法。磁盘镜像是指复制源数据到一个或更多的磁盘上，错误修正是指利用某种运算，如异或运算，生成并保存冗余数据，可利用冗余数 据，再生磁盘上丢失或出错的数据。XOR运算异或运算。比较常用的 RAID 有 RAIDO、RAID1、RAID5、RAID6、RAIDlO 等。其中 RAIDO 不具有 冗余能力，RAIDl只是对磁盘做了镜像。其它3种阵列分别有多个磁盘组成，它们以条带的 方式向阵列中的磁盘写数据，奇偶校验数据存放在阵列中的各个磁盘上。RAID5的每个条带 含有1个校验块，支持任意损坏其中一个磁盘、通过其它磁盘上的奇偶校验块来重建数据； RAID6的每个条带含有2个校验块，支持任意损坏其中两个磁盘、通过其它磁盘上的奇偶校 验块来恢复数据；RAIDlO是先对磁盘组进行镜像，再对磁盘进行条带化，所以其不含奇偶 校验块，当一个磁盘损坏后通过其对应的镜像盘恢复数据，理想状态下最多允许不同位置 下50%的磁盘损坏，最糟糕的情况是同一对镜像磁盘同时损坏。在RAID 5中，一个条带包含一组逻辑相邻的数据块，并且这些数据块存储在阵 列中不同的存储设备上，RAID 5能够纠正或再生一个磁盘上存储的数据，并且由于多个磁 盘联合使用一个磁盘容量的冗余数据，所以单位有效数据所需的冗余数据量较少，尤其当 RAID 5中包含多个磁盘时，这种优势更明显。如8个磁盘构成的RAID 5，冗余数据占1个 磁盘容量，为全部存储数据的1/8。并且由于RAID 5每个条带分散到不同磁盘上的数据块 较大，保证了大部分I/O操作都能落入到一个磁盘的数据块内，校验数据也是分布存储的， 这样大大增加多I/O并发的可能性。由于RAID 5具有突出的综合性能，为大多数商业服务 器提供了优化的性价比，所以获得了广泛应用。然而，在连续数据存储领域，如视频监控、虚拟磁带库、连续数据保护等应用中，连续数据流顺序写入到磁盘中，进行的是顺序存储，即存储数据的地址是连续的，满足存储空 间访问的局部性原理，因此不存在I/O并发性。常用的磁盘阵列，为了提高数据访问速度和 保证I/O并发性，把连续数据分散存储到不同的磁盘上，虽然每次只访问局部的一块或几 块逻辑相邻的磁盘，阵列中多数磁盘没有任务也必须空转，这样不仅浪费大量能源，同时也 大大增加了磁盘的无效在线时间，严重缩短了磁盘的使用寿命。随着磁盘技术的进步，单块磁盘的连续读写带宽已经得到了显著提高，如果能够 在具有冗余数据保护机制的同时，充分利用单块磁盘的传输带宽，令阵列中的单块磁盘工 作，完成存储任务，而其它磁盘处于停止状态，即磁盘转轴和磁头电机停止工作，这样不仅 能够节省大量能源，而且还能极大延长阵列的使用寿命。磁盘在不同工作状态下的能量消 耗见表1。表1磁盘在不同工作状态下的能量消耗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
一种垂直排布集中校验的节能型磁盘阵列的构建方法，垂直排布集中校验的节能型磁盘阵列，简称为磁盘阵列S RAID 4，其特征在于应用于磁盘阵列包含N个磁盘的场景中，其中N≥3且N为正整数；N个磁盘中，1个磁盘为校验盘，其余N 1个磁盘为数据盘；将N个磁盘构造成1行×N列的磁盘矩阵；对全部磁盘进行条带划分，分成m个条带并为每个条带编号，其中m≥1且m为正整数；每个条带在数据盘上的分块称为数据块，每个条带在校验盘上的分块称为校验块；所述校验块由相同条带中的N 1个数据块通过异或运算得出；同一数据盘中物理位置相邻的数据块的逻辑地址是相邻的，并且相邻数据盘的逻辑地址也是相邻的，即前一数据盘的最后一个数据块的逻辑地址与下一数据盘的首个数据块的逻辑地址相邻；每个数据块分成K个数据子块，K≥2且K为正整数，同一磁盘上物理位置相邻的数据子块的逻辑地址相邻；每个校验块也分成K个校验子块，物理位置相邻的校验子块的逻辑地址也是相邻的；然后按照逻辑地址顺序，分别对数据子块和校验子块编号；所述校验子块由其所在条带中的各个数据块中偏移位置相同的N 1个数据子块通过异或运算得出，这N 1个数据子块及其异或生成的校验子块，构成一个校验条；所述方法进一步包括控制磁盘工作状态的方法；磁盘工作状态包括停止、运行、就绪三种状态；磁盘停止状态时，磁盘转轴停止旋转、磁头停止寻道；磁盘运行状态时，磁盘正在执行读写操作，包括转轴旋转、磁头寻道；磁盘就绪状态时，表示将要被读写，此时磁盘转轴旋转、磁头不寻道；进行连续写操作时，绝大部分时间里，只有1个数据盘和1个校验盘处于运行状态，可以调度暂时没有工作的数据盘进入到停止状态，以达到节能的目的；进行连续写操作时，校验盘处于运行状态，数据盘的工作状态转换调度策略具体为第1步根据访问数据的逻辑地址(用LBA表示)，计算出该数据所在的数据盘(该数据所在的数据盘的序号用r表示)；若数据盘r处于停止状态，则调度该盘由停止状态转到就绪状态；该访问数据所在的数据盘r通过公式1得到公式1中，向下取整后加1，表示数据盘的序号r从1开始计数；第2步当数据盘r处于就绪状态时，开始访问该数据盘，并使其由就绪状态转为运行状态；第3步如果本次访问在数据盘r内结束，则在本次访问结束后，将数据盘r由运行状态转为就绪状态，然后退出本次调度；否则，在数据盘r访问结束后，将其由运行状态转为停止状态；在访问数据盘r结束前t时刻，判断相邻数据盘(相邻数据盘的序号用r′表示)是否处于停止状态，是则将数据盘r′由停止状态转为就绪状态，其中t为磁盘由停止状态转为就绪状态所需要的时间；第4步把数据盘r′记作数据盘r，然后重复执行第2步到第4步的操作；进行连续读操作时，其磁盘工作状态转换调度策略与连续写操作相同。FSA00000234585200021.tif,FSA00000234585200022.tif2.如权利要求1所述的一种垂直排布集中校验的节能型磁盘阵列的构建方法，其特征 在于优选的，如果数据盘的使用寿命为h1;校验盘的使用寿命为h2，则Ill和h2满足以下关 系:h2 = Ii1X (N-I)/ρ。3.如权利要求1所述的一种垂直排布集中校验的节能型磁盘阵列的构建方法，其特征 在于优选的，对磁盘阵列S-RAID 4仅进行连续读操作时，校验磁盘停止工作。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：谭毓安，孙志卓，周泽湘，李虓，王成武，郭毅，王道邦，李艳国，章珉，
申请(专利权)人：北京同有飞骥科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11