[发明专利]一种垂直型分组并行集中校验的磁盘阵列的构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种独立磁盘冗余阵列(Redundant Arrays of IndependentDisks，RAID)的构建方法，特别涉及一种垂直型分组并行集中校验的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。

背景技术

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RAID0、RAID1、RAID5、RAID6、RAID10等。其中RAID0不具有冗余能力，RAID1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；RAID10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，对于连续数据存储，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，根据实际任务需求，令阵列中的一块或几块磁盘工作，来完成存储任务，其它暂时没有任务的磁盘调度到停止状态，即磁盘转轴和磁头电机停止工作，不仅能够节省大量能源，而且还能有效利用磁盘的使用寿命。

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