專利名稱：一種雙磁盤容錯的節(jié)能型磁盤陣列的構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種獨立磁盤冗余陣列(Redundant Arrays of IndependentDisks, RAID)的構(gòu)建方法，特別涉及一種雙磁盤容錯的節(jié)能型磁盤陣列的構(gòu)建方法，適用于連續(xù)數(shù) 據(jù)存儲，屬于獨立磁盤冗余陣列技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代存儲領(lǐng)域，為了提高存儲數(shù)據(jù)的可靠性和改善存儲系統(tǒng)的輸入、輸出性能， 人們設(shè)計了多種數(shù)據(jù)存儲方案，這些數(shù)據(jù)存儲方案通常是各種類型的獨立磁盤冗余陣列 (Redundant Arrays of Independent Disks，RAID)。通過使用特定的硬件或軟件，RAID 把 多個物理存儲設(shè)備如磁盤，聯(lián)合起來，形成一個統(tǒng)一的邏輯存儲設(shè)備。下面對RAID中常用的技術(shù)術(shù)語進(jìn)行解釋條帶又稱為Stripe ；是磁盤陣列的不同磁盤上的位置相關(guān)的分塊的集合，是組 織不同磁盤上條塊的單位。條帶化又稱為Striping ；是指把一段連續(xù)數(shù)據(jù)分割成相同大小的數(shù)據(jù)塊，把每 段數(shù)據(jù)分別寫入到磁盤陣列的不同磁盤上的方法。磁盤鏡像是指復(fù)制源數(shù)據(jù)到一個或更多的磁盤上。錯誤修正是指利用某種運算，如異或運算，生成并保存冗余數(shù)據(jù)，可利用冗余數(shù) 據(jù)，再生磁盤上丟失或出錯的數(shù)據(jù)。比較常用的 RAID 有 RAID 0、RAID 1、RAID 5、RAID 6、RAID 10 等。其中 RAID 0 不具有冗余能力，RAID 1只是對磁盤做了鏡像，其它3種陣列分別由多個磁盤組成，它們以 條帶的方式向陣列中的磁盤寫數(shù)據(jù)，校驗數(shù)據(jù)存放在陣列中的各個磁盤上。RAID 5的每個 條帶含有1個校驗塊，支持任意損壞其中一個磁盤、通過其它磁盤上的校驗塊來重建數(shù)據(jù)； RAID 6的每個條帶含有2個校驗塊，支持任意損壞其中兩個磁盤、通過其它磁盤上的校驗 塊來恢復(fù)數(shù)據(jù)；RAID 10是先對磁盤組進(jìn)行鏡像，再對磁盤進(jìn)行條帶化，所以其不含奇偶校 驗塊，當(dāng)一個磁盤損壞后通過其對應(yīng)的鏡像盤恢復(fù)數(shù)據(jù)，理想狀態(tài)下最多允許不同位置下 50%的磁盤損壞，最糟糕的情況是同一對鏡像磁盤同時損壞。P+Q方式的RAID 6對同條帶內(nèi)的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行異或運算，生成本條帶的校驗數(shù)據(jù)P， 利用伽羅華域(GF)的乘法和加法(異或運算)，生成本條帶的校驗數(shù)據(jù)Q，假設(shè)條帶內(nèi)的數(shù) 據(jù)塊為Dtl和D1,可用式1、式2分別生成校驗塊P和Q :
權(quán)利要求
1. 一種雙磁盤容錯的節(jié)能型磁盤陣列的構(gòu)建方法，其特征在于，包括以下步驟一、對磁盤陣列進(jìn)行條帶、數(shù)據(jù)塊、校驗塊和數(shù)據(jù)子塊的劃分和布局，具體方法為在磁 盤陣列包含N個磁盤的場景中，其中N彡4且N為正整數(shù)；將N個磁盤構(gòu)造成1行XN列的 磁盤矩陣；對全部磁盤進(jìn)行條帶劃分，分成N個條帶并為每個條帶順序編號，每個條帶上有 N個存儲塊，其中1個為P校驗塊，1個為Q校驗塊，另外N-2個為數(shù)據(jù)塊，校驗塊P由相同 條帶內(nèi)的N-2個數(shù)據(jù)塊進(jìn)行異或運算得出，校驗塊Q由相同條帶內(nèi)的N-2個數(shù)據(jù)塊進(jìn)行伽 羅華域乘法和加法得出，校驗塊P和Q的生成公式如下尸=D0十D1十…十^V2(1)
2.如權(quán)利要求1所述的一種雙磁盤容錯的節(jié)能型磁盤陣列的構(gòu)建方法，其特征在于 僅進(jìn)行連續(xù)讀操作時，校驗塊P、Q所在磁盤停止工作。
3.如權(quán)利要求1所述的一種雙磁盤容錯的節(jié)能型磁盤陣列的構(gòu)建方法，其特征在于 所述方法進(jìn)一步包括寫操作的優(yōu)化處理方法，具體為設(shè)立一個新數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，緩存應(yīng)用程序?qū)懭腙嚵械男聰?shù)據(jù)；兩個新校驗數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，分 別緩存生成的兩類新校驗數(shù)據(jù)；一個舊數(shù)據(jù)預(yù)讀區(qū)，存放從陣列中預(yù)讀的舊數(shù)據(jù)；兩個舊 校驗數(shù)據(jù)預(yù)讀區(qū)，分別存放從陣列中預(yù)讀的兩類舊校驗數(shù)據(jù)，新數(shù)據(jù)子塊對應(yīng)的舊數(shù)據(jù)子 塊、相同校驗條的兩種舊校驗數(shù)據(jù)子塊在寫操作前被預(yù)讀到對應(yīng)的預(yù)讀區(qū)； 進(jìn)行以下操作步驟生成新校驗數(shù)據(jù)P 第2. 1步當(dāng)新數(shù)據(jù)緩沖區(qū)不為空時，從新數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中取出數(shù)據(jù)子塊D，寫入對應(yīng)數(shù) 據(jù)磁盤，同時送往異或器；第2. 2步舊數(shù)據(jù)預(yù)讀區(qū)中對應(yīng)的舊數(shù)據(jù)子塊D'送往異或器，與第2. 1步送來的寫數(shù) 據(jù)子塊D進(jìn)行異或運算，生成差異數(shù)據(jù)子塊X ；第2. 3步差異數(shù)據(jù)子塊X送往異或器，舊校驗數(shù)據(jù)預(yù)讀區(qū)1中對應(yīng)的舊校驗數(shù)據(jù)子塊 P'，送往異或器，異或運算生成新校驗數(shù)據(jù)子塊P，暫存到新校驗數(shù)據(jù)緩沖區(qū)1 ；第2. 4步更新對應(yīng)校驗條中的舊校驗數(shù)據(jù)子塊P'為新校驗數(shù)據(jù)子塊P ； 進(jìn)行以下操作步驟生成新校驗數(shù)據(jù)Q 第3. 1步當(dāng)新數(shù)據(jù)緩沖區(qū)不為空時，從新數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中取出數(shù)據(jù)子塊D，伽羅華乘以 對應(yīng)的系數(shù)Ad后，積Ad*D送往異或器；第3. 2步舊數(shù)據(jù)預(yù)讀區(qū)中對應(yīng)的舊數(shù)據(jù)子塊D'，伽羅華乘以對應(yīng)的系數(shù)Ad后，積 Ad*D'送往異或器，與第3. 1步送來的積Ad*D進(jìn)行異或運算，生成差異數(shù)據(jù)子塊X* ；第3. 3步差異數(shù)據(jù)子塊X*送往異或器，舊校驗數(shù)據(jù)預(yù)讀區(qū)2中對應(yīng)的舊校驗數(shù)據(jù)子 塊Q'，送往異或器，與X*異或生成新校驗數(shù)據(jù)子塊Q，暫存到新校驗數(shù)據(jù)緩沖區(qū)2 ； 第3. 4步更新對應(yīng)校驗條中的舊校驗數(shù)據(jù)子塊Q'為新校驗數(shù)據(jù)子塊Q ； 由于可以從預(yù)讀區(qū)直接讀取舊數(shù)據(jù)與舊校驗數(shù)據(jù)，磁盤就可以連續(xù)執(zhí)行寫操作，只有 預(yù)讀區(qū)中的數(shù)據(jù)用完后，才進(jìn)行一次預(yù)讀來填滿預(yù)讀區(qū)，通過預(yù)讀，多個分散的讀操作被 轉(zhuǎn)換為一個連續(xù)的讀操作，減少了磁頭的尋道移動次數(shù)，預(yù)讀區(qū)越大，越能提高磁盤陣列 S-RAID 6的寫性能，預(yù)讀區(qū)的極限就是存儲塊X(i，j)的大小，可以根據(jù)實際情況設(shè)置預(yù)讀 區(qū)為足夠大。
4.如權(quán)利要求3所述的一種雙磁盤容錯的節(jié)能型磁盤陣列的構(gòu)建方法，其特征在于 舊數(shù)據(jù)預(yù)讀區(qū)和舊校驗數(shù)據(jù)預(yù)讀區(qū)大小相等，并且遠(yuǎn)大于新數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。
5.如權(quán)利要求3所述的一種雙磁盤容錯的節(jié)能型磁盤陣列的構(gòu)建方法，其特征在于 新校驗數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和新數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小相等。
6.如權(quán)利要求1至5任一項所述的一種雙磁盤容錯的節(jié)能型磁盤陣列的構(gòu)建方法，其 特征在于所述方法進(jìn)一步包括對故障磁盤進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫的處理方法；具體為 當(dāng)有磁盤出現(xiàn)故障，無法進(jìn)行正常數(shù)據(jù)讀寫時，此時令磁盤陣列S-RAID 6中所有磁盤 進(jìn)入就緒狀態(tài)，暫停使用所述磁盤工作狀態(tài)控制方法控制磁盤陣列S-RAID 6的工作狀態(tài)； 以條帶為單位，討論條帶中存儲塊出現(xiàn)故障時的處理方法，因為磁盤故障，表現(xiàn)為磁盤 陣列分布在該故障磁盤上的所有存儲塊故障，對磁盤故障的處理，可通過分別處理陣列中 每個條帶上的存儲塊故障實現(xiàn)；一個條帶中的存儲塊出現(xiàn)故障時，可分為以下3種情況進(jìn)行處理 情況1 如果僅校驗塊出現(xiàn)故障，繼續(xù)讀寫數(shù)據(jù)塊上的數(shù)據(jù)，但此時處于單重冗余數(shù)據(jù) 校驗狀態(tài)即1個校驗塊故障或無冗余數(shù)據(jù)校驗狀態(tài)即2個校驗塊故障；更換故障校驗塊所 在磁盤后，重新生成校驗塊；情況2 如果僅1個或2個數(shù)據(jù)塊出現(xiàn)故障，對讀、寫操作分別處理 讀操作利用同條帶的其它數(shù)據(jù)塊在1個數(shù)據(jù)塊故障時與本條帶的校驗塊P或Q運算， 或在2個數(shù)據(jù)塊故障時與P和Q運算，生成該數(shù)據(jù)塊上被讀出的數(shù)據(jù)；更換故障數(shù)據(jù)塊所在 磁盤后，使用相同的方法恢復(fù)故障數(shù)據(jù)塊； 寫操作有2種處理方式第1種處理方式在1個數(shù)據(jù)塊故障時，直接將寫數(shù)據(jù)寫到本條帶的P或Q上；2個數(shù) 據(jù)塊故障時，將寫數(shù)據(jù)寫到本條帶的P和Q上，并記錄寫入的校驗塊，更換故障數(shù)據(jù)塊所在 磁盤后，進(jìn)行數(shù)據(jù)還原和再生校驗數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)還原即把寄存在校驗塊中的數(shù)據(jù)塊移回到原 來位置，再生校驗數(shù)據(jù)是重新生成記錄的寫入校驗塊；第2種處理方式使用備用盤來暫存寫往故障磁盤上的數(shù)據(jù)，當(dāng)更換故障磁盤后，再把 寄存在備用盤中的數(shù)據(jù)塊移回到原來位置；情況3 如果1個數(shù)據(jù)塊和1個校驗塊出現(xiàn)故障，故障數(shù)據(jù)塊的處理方法與僅1個數(shù)據(jù) 塊出現(xiàn)故障時相同，只是此時處于單重冗余數(shù)據(jù)保護(hù)狀態(tài)；故障數(shù)據(jù)塊恢復(fù)后，對與故障校 驗塊的處理方法，與僅1個校驗塊出現(xiàn)故障時相同；當(dāng)轉(zhuǎn)入正常狀態(tài)后，再次啟用所述磁盤工作狀態(tài)控制方法對磁盤陣列S-RAID 6的工 作狀態(tài)進(jìn)行控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙磁盤容錯的節(jié)能型磁盤陣列的構(gòu)建方法，適用于連續(xù)數(shù)據(jù)存儲，屬于獨立磁盤冗余陣列技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明針對連續(xù)數(shù)據(jù)存儲的特點，設(shè)計實現(xiàn)一種雙磁盤容錯的節(jié)能型磁盤陣列S-RAID 6，主要包括對磁盤陣列進(jìn)行條帶、數(shù)據(jù)塊、校驗塊和數(shù)據(jù)子塊的劃分和布局；磁盤工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換調(diào)度策略；寫數(shù)據(jù)時的優(yōu)化處理方法；故障磁盤處理方法等。磁盤陣列S-RAID 6不但具有優(yōu)良的冗余數(shù)據(jù)保護(hù)機制，而且能顯著降低功耗，延長磁盤使用壽命。
文檔編號G06F3/06GK102033716SQ201010575578
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者周澤湘, 孫志卓, 張偉濤, 李艷國, 潘興旺, 王道邦, 章珉, 譚毓安 申請人:北京同有飛驥科技股份有限公司