[发明专利]RAID-5全闪存磁盘阵列及提高阵列整体寿命的方法

说明书

本发明公开了RAID‑5全闪存磁盘阵列及提高阵列整体寿命的方法，包括：RAID控制器，所述RAID控制器与一个磁盘阵列连接，所述磁盘阵列包括若干个磁盘，每个磁盘是指固态硬盘SSD，所述固态硬盘SSD与RAID控制器连接；每个固态硬盘SSD用于存储校验块和数据块；针对磁盘阵列中的每个固态硬盘SSD，检查其已经接受的写操作数量是否大于第一设定阈值，如果磁盘阵列中所有固态硬盘SSD已经接受的写操作数量均大于第一设定阈值，则将校验块的分配策略调整为不平均分布，启动校验块迁移，从而将SSD的磨损度阶梯化处理。解决RAID‑5全闪存磁盘阵列面临的磁盘连续失效(Correlated Failure)问题。

技术领域

本发明涉及大规模存储系统(Large-Scale Storage System)技术领域，特别是涉及RAID-5全闪存磁盘阵列及提高阵列整体寿命的方法。

背景技术

大规模存储系统是一个面向海量数据存储的计算机系统。由于受限于存储设备的发展，单块磁盘的容量及性能已无法满足现时代的大数据存储需求，因此将多块相同容量的磁盘组合在一起，形成独立冗余磁盘阵列(Redundant Array of Independent Disk，RAID)，读写时采用条带化(Stripe)技术，将每一个读写请求分散至多块磁盘共同承担，成为一个行之有效的解决方案。在众多RAID类型中，RAID-5是被现今工业界采用最广泛的一种解决方案。其主要思想是采用异或(XOR)校验码，在N块磁盘组成的磁盘阵列中选出一块磁盘用于存放剩余N-1块磁盘中数据的XOR校验值。由于XOR运算具有可逆性，因此RAID-5阵列具有同时损坏至多一块磁盘后的数据恢复能力。同时，针对存放校验块的磁盘将比其它N-1块磁盘承受更多的I/O请求的问题，RAID-5采取了校验块轮换策略，将所有条带的校验块均匀的分布到每块磁盘上，使得每块磁盘均含有(N-1)/N的数据块以及1/N的校验块，均衡了I/O负载，提升了磁盘阵列的整体性能。但其存在磁盘连续失效的问题，即在损坏一块磁盘后，RAID-5阵列将不再具有数据保护能力，如果在RAID-5阵列降级重建过程中第二块磁盘发生损坏，整个阵列的数据将全部丢失。

随着存储器的不断发展，新型的存储介质如固态硬盘(Solid State Drive，SSD)开始出现，由于其相对于传统的机械硬盘(Hard Disk Drive，HDD)拥有更好的抗震性、更低的功耗、更短的寻道时间以及更高的性能，而逐渐取代HDD在存储结构中的角色。同样的，在大规模存储系统中，SSD也呈逐渐取代HDD之势。但由于SSD采用NAND Flash作为其存储介质，具有写前擦除的操作限制，而每一片NAND Flash都有其固定的擦除次数(即其寿命周期)，当整块SSD中大多数NAND Flash达到其擦除次数上限(盘内纠错机制已无法纠正过高的读取错误率)时，此块SSD即宣告已损坏。

将SSD应用于RAID-5阵列时，磁盘连续失效问题将比应用HDD时更加严重。因为SSD的寿命不像HDD一样固定，与其闪存块的擦除次数密切相关，而其闪存块的擦除次数又与整块SSD接受的写操作数量密切相关。在RAID-5阵列中，校验盘将平均比数据盘承受更多的写操作，因此在应用SSD的RAID-5阵列中，拥有更多校验块的SSD将磨损的更加严重，更快地到达其预期寿命。然而，RAID-5阵列的校验块轮换策略将所有校验块被平均地分布至每块SSD，导致所有SSD在整体上的磨损程度趋近一致。这将使RAID-5阵列的磁盘连续失效问题更加严重，因为当某块SSD擦除次数达到上限、宣告损坏之时，其余SSD磨损程度皆与之相差不大，极有可能在RAID-5阵列降级重建过程中发生第二块SSD的损坏，导致整个阵列中的数据丢失。

近年来，工业界对此问题密切关注，已经有厂商针对此问题提出了相应的解决方案，如Synology公司的RAID-F1。然而，由于RAID-F1将某块SSD持续设定为承受两倍于其它SSD的校验块分布，虽然保证了当此块SSD损坏时有充足时间重建阵列，但是发生在此块SSD上的I/O冲突问题也相应增加，将拉低磁盘阵列的整体性能。如何在确保阵列整体性能基本不受影响的前提下防止SSD连续失效，是一个值得研究的重要问题。

发明内容