一种基于节能磁盘阵列的虚拟磁带库系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种磁带库，特别涉及一种基于节能磁盘阵列的虚拟磁带库系统，属于计算机存储领域。本实用新型专利技术包括虚拟磁带库服务器、网络接口、节能磁盘阵列，其中虚拟磁带库服务器一端与网络接口相连，另一端连接到节能磁盘阵列；网络接口通过交换机或直接与前端存储系统相连；节能磁盘阵列适用于连续数据存储，包括节能磁盘阵列控制器和磁盘组，节能磁盘阵列控制器与虚拟磁带库服务器相连。本实用新型专利技术既满足了虚拟磁带库的海量存储与数据保护需求，又克服了普通RAID为提供高性能，阵列中所有磁盘全天候并行工作，能耗高与磁盘寿命短的缺点。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种磁带库，特别涉及一种基于节能磁盘阵列的虚拟磁带库系统，属于计算机存储领域。
技术介绍
为了充分发挥各种存储设备的优点，构建符合要求的存储系统，包括存储性能、容量、成本和周期等指标，基于信息生命周期管理的思想，分级存储被广泛采用。第一级是磁盘阵列，主要存储被频繁访问的数据，性能最高。第二级是虚拟磁带库VTL (Virtual Tape Library)，主要存储那些近期不会被频繁访问的数据，用大容量SATA磁盘模拟磁带库，它本质上是磁盘阵列硬件设备，但是在软件功能上模拟磁带备份的形式，对于存储管理员来讲，对它的管理如同物理磁带库一样。性能比磁盘阵列低，但不至于太低。第三级是磁带库(或光盘库)，利用磁带库技术把数据保存在磁带上，主要存储那些近期不会被访问，但是必须保留的重要数据。VTL—般采用独立磁盘冗余阵列(RAID)作为存储设备。RAID是一种将多块磁盘形成一个有机整体，使之能够在硬盘故障时提供数据保护的技术，RAID技术具有以下优点 海量存储，如RAID支持16个磁盘，还可外接磁盘扩展柜；数据保护，RAID中任意一块磁盘 (如RAID 5)或两块磁盘(如RAID 6)损坏后，可重建该磁盘上的数据；高性能，由于连续数据按照指定的策略分割后，分散存储到RAID中的不同磁盘上，可并行访问多个磁盘，具有很高的顺序和随机读写性能。VTL对存储设备的要求，主要体现在海量存储需求。作为磁带的缓冲，VTL容量越大，存在VTL中的数据就越多，越能降低从后端磁带中寻找数据的机率，从而大幅提高数据访问效率。(2)数据保护需求。作为分级存储的中间级，同样需要保证VTL中的数据安全。(3)性能需求。VTL中保存的是近期不会被频繁访问的数据，读写带宽一般不大，同时由于虚拟磁带读写方式，对存储设备的访问是顺序访问，随机性能要求低。根据以上分析，在VTL中采用RAID存储设备，虽然能够提供海量存储和实现数据保护，但RAID中磁盘并行工作提供的高带宽，尤其是很高的随机读写性能，并没有被有效利用。此外，还存在如下缺点磁盘故障率高，磁盘寿命取决于磁盘的工作时间，所有磁盘全天候并行工作，即使某块磁盘当前没有读写任务，也必须空转；能耗高，所有磁盘全天候并行工作，消耗电能，并且磁盘工作时产生热量，需要风扇降温。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是，针对上述现有技术现状而提供一种基于节能磁盘阵列的VTL系统。本技术提供了一种基于节能磁盘阵列的VTL系统，如图1所示，包括VTL服务器、网络接口、节能磁盘阵列，其中VTL服务器一端与网络接口相连，另一端连接到节能磁盘阵列；网络接口通过交换机或直接与前端存储系统相连；节能磁盘阵列包括节能磁盘阵列控制器和磁盘组，节能磁盘阵列控制器与VTL服务器相连。VTL服务器包括磁带库映射模块、数据存储模块和数据读取模块。前端存储系统， 根据数据的访问频率，把近期不频繁访问的数据，传给VTL服务器。VTL服务器的磁带库映射模块把节能磁盘阵列虚拟成磁带库。数据存储模块按照物理磁带库的管理方法，把接收的数据顺序存储到节能磁盘阵列上。当前端存储系统读取VTL中的数据时，VTL服务器数据读取模块按读取物理磁带库的方式，从节能磁盘阵列顺序读取数据，传送给前端存储系统。 同理，通过VTL服务器，节能磁盘阵列可以实现同物理磁带库的数据传送。节能磁盘阵列具有如下特点磁盘组由N(N ^ 3)个磁盘构成，全部磁盘划分成N个条带，每个条带上有N个存储块，其中M个(M = 1为单盘容错；M = 2为双盘容错)为校验块，其余N-M个为数据块，M 个校验块由相同条带内的N-M个数据块运算得出(M = 1时，采用异或运算；M = 2时，一个校验块采用异或运算，另一个采用伽罗华域运算)。数据块内部的逻辑地址相邻，同一磁盘中位置相邻数据块(如果是分布式校验，校验块两侧的数据块认为是位置相邻)的逻辑地址相邻，阵列中前一磁盘的末尾数据块与下一磁盘的首个数据块逻辑地址相邻。进行数据存储时，数据顺序写入第一块磁盘的第一个数据块、第二个数据块、……、该盘最后一个数据块；第一块磁盘全部数据块写满后，再写入第二块磁盘的第一数据块、第二数据块、……、 该盘最后一个数据块；……；最后写入第N块磁盘的第一数据块、第二数据块、……、该盘最后一个数据块。磁盘组中每块磁盘都具有停止、运行、就绪三种状态停止时磁盘转轴停止旋转、磁头停止寻道；运行时磁盘执行读写操作，转轴旋转、磁头寻道；就绪时磁盘将要被访问，磁盘转轴旋转、磁头不寻道。进行顺序数据访问时，根据访问的逻辑地址，调度访问数据所在磁盘、 同条带检验数据所在磁盘运行，其余磁盘暂时没有任务，调度到停止状态，实现节能和减轻磁盘损耗的目的。阵列中某块磁盘故障，需要数据重构时，需要调度所有磁盘工作。磁盘组的数据写入操作以“读-改-写”的方式实现。为了提高写性能，进行了写优化，即把用于产生新校验数据的旧数据与旧校验数据预读到缓冲区，以便从预读区读取旧数据与旧校验数据，磁盘可以连续执行写操作，只有预读区中的数据用完后，才进行一次预读来填满预读区，写优化后，多个读操作被转换为一个连续的读操作，减少了磁盘寻道次数，阵列的连续写带宽接近单块磁盘连续写带宽的一半，能够满足多数对带宽没有苛刻要求的VTL系统。当VTL系统需要更高的带宽时，可采用分组并行的磁盘组，工作原理如下将每个条带上的数据块平均分成P组，每组包含q个数据块，可并行访问组内的q个数据块，其余 P-I组数据块所在磁盘停止工作，写优化处理后，其连续写带宽约为q ·ΒΙΜ3 /2，连续读带宽约q · BRDisk，其中BWllisk为单块磁盘的连续写带宽，BRllisk单块磁盘的连续读带宽，当ρ = 1时，磁盘组还原为普通RAID形式。有益效果与现有技术相比，本技术的优点在于采用节能磁盘阵列存储作为VTL的存储设备，既满足了 VTL的海量存储与数据保护需求，又克服了普通RAID为提供高性能，阵列中所有磁盘全天候并行工作，能耗高与磁盘寿命短的缺点。节能磁盘阵列绝大部分时间里，只进行顺序读或顺序写操作，此时只有1+M块磁盘工作，功耗约为相同盘数普通RAID的(1+M)/N;设单块磁盘的使用寿命为h小时，普通 RAID中所有磁盘并行工作，其使用寿命也为h小时，节能磁盘阵列的寿命约为h · N/(l+M) 小时，其中M= 1或2，N为磁盘数，N值越大节能与寿命延长效果越好。对于分组并行的节能磁盘阵列，在绝大部分时间里，只有q+M块磁盘工作，其功耗约为相同盘数普通RAID的 (q+M) /N, q为组内磁盘数，阵列的寿命h · N/ (q+M)。附图说明图1为本技术的总体结构图；图2为本技术实施例的结构图；图3为本技术实施例中磁盘组的总体数据布局；图4为本技术实施例中磁盘组的详细数据布局。具体实施方式以下结合附图实施例对本技术作进一步详细描述。如图2所示，一种基于节能磁盘阵列的VTL系统，包括被前端存储系统、VTL服务器、节能磁盘阵列，其中节能磁盘阵列由节能磁盘阵列控制器和磁盘组组成。前端存储系统通过网络接口与VTL服务器连接。前端存储系统的工作状况为每天与VTL交换的数据量不大与150GB，平均每秒写入VTL的数据不大于本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于节能磁盘阵列的虚拟磁带库系统，其特征在于，包括虚拟磁带库服务器、网络接口、节能磁盘阵列，其中虚拟磁带库服务器一端与网络接口相连，另一端连接到节能磁盘阵列；网络接口通过交换机或直接与前端存储系统相连；节能磁盘阵列包括节能磁盘阵列控制器和磁盘组，节能磁盘阵列控制器与虚拟磁带库服务器相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于节能磁盘阵列的虚拟磁带库系统，其特征在于，包括虚拟磁带库服务器、网络接口、节能磁盘阵列，其中虚拟磁带库服务器一端与网络接口相连，另一端连接到节能磁盘阵列；网络接口通过交换机或直接与前端存储系统相连；节能磁盘阵列包括节能磁盘阵列控制器和磁盘组，节能磁盘阵列控制器与虚...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙志卓，谭毓安，周泽湘，王道邦，李艳国，章珉，武志民，
申请(专利权)人：北京同有飞骥科技股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：11