[发明专利]一种双磁盘容错水平型分组并行访问磁盘阵列的构建方法

摘要

本发明涉及一种双磁盘容错水平型分组并行访问磁盘阵列SHE-RAID 6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。本发明主要包括对磁盘阵列进行条带、数据块、校验块和数据子块的划分和布局；磁盘工作状态转换调度策略；写数据时的优化处理方法；故障磁盘处理方法等。本发明不但具有优良的冗余数据保护机制，而且能显著降低功耗，延长磁盘使用寿命。

主权项

1.一种双磁盘容错水平型分组并行访问磁盘阵列的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：一、对磁盘阵列进行条带、数据块、校验块和数据子块的划分和布局，具体方法为：在磁盘阵列包含N个磁盘的场景中，其中N≥4且N为正整数；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N个条带并为每个条带顺序编号，每个条带上有N个存储块，其中1个为P校验块，1个为Q校验块，另外N-2个为数据块，校验块P由相同条带内的N-2个数据块进行异或运算得出，校验块Q由相同条带内的N-2个数据块进行伽罗华域乘法和加法运算得出，P、Q的生成公式如下：P=D0⊕D1⊕···⊕DN-2---(1)]]>Q=(A0*D0)⊕(A1*D1)⊕···⊕(AN-2*DN-2)---(2)]]>其中D₁、D₂、......，D_N-2为同一条带内的N-2个数据块，表示异或运算，A₁、A₂、......，A_N-2为互异的伽罗华域乘法系数，*表示伽罗华域乘法；用X(i，j)表示磁盘阵列中的一个存储块，其中i表示该存储块所在条带的序号，j表示所在磁盘的序号，存储块X(i，j)位于磁盘j上，1≤i，j≤N；第i条带内的校验块P，用P(i)表示，与存储块X(i，j)具有如下关系：P(i)=X(i,N-i)i≠NX(N,N)i=N---(3)]]>第i条带内的校验块Q，用Q(i)表示，与存储块X(i，j)具有如下关系：Q(i)＝X(i，N+1-i)(4)其它存储块为数据块，用D(u，v)表示，其中u表示数据块所在条带的序号，1≤u≤N，v表示忽略校验块P和Q时，该数据块在所属条带内的数据块的序号，序号从1开始，1≤v≤N-2；数据块D(u，v)与存储块的对应关系满足式5：D(u,v)=X(u,v)u+v<NX(u,v+2)u+v≥NX(u,v+1)u=N]]>且u≠N    (5)为了提高连续存储带宽，并获得不同的连续存储带宽，以满足不同存储速率的需求，将每个条带上的N-2个数据块平均分成p组，p≥2且p为正整数，每组包含q个数据块，q≥1且q为正整数，q值根据实际存储任务对连续带宽的需求确定；并满足以下关系：p×q＝N-2；每个数据块分成K个大小相等的数据子块，K≥2且K为正整数，然后按照条带顺序依次为全部数据子块编号，同一条带内的数据子块，按照组顺序编号；即：首先为第一条带第1组的第1个数据块中第1个数据子块编号为1；为第一条带中第1组的第2个数据块中第1个数据子块编号为2；……；为第一条带中第1组的第q个数据块中第1个数据子块编号为q；然后为第一条带中第1组的第1个数据块中第2个数据子块编号为q+1；为第一条带第1组的第2个数据块中第2个数据子块编号为q+2；……；为第一条带中第1组的第q个数据块中第2个数据子块编号为2×q；……；以此类推，为第一条带中第1组的第1个数据块中第K个数据子块编号为(K-1)×q+1；为第一条带第1组的第2个数据块中第K个数据子块编号为(K-1)×q+2；……；为第一条带中第1组的第q个数据块中第K个数据子块编号为K×q；然后为第一条带第2组的第1个数据块中第1个数据子块编号为K×q+1；为第一条带中第2组的第2个数据块中第1个数据子块编号为K×q+2；……；为第一条带中第2组的第q个数据块中第1个数据子块编号为(K+1)×q；然后为第一条带中第2组的第1个数据块中第2个数据子块编号为(K+1)×q+1；为第一条带第2组的第2个数据块中第2个数据子块编号为(K+1)×q+2；……；为第一条带中第2组的第q个数据块中第2个数据子块编号为(K+2)×q；……；以此类推，为第一条带中第2组的第1个数据块中第K个数据子块编号为2×K×q-q+1；为第一条带第2组的第2个数据块中第K个数据子块编号为2×K×q-q+2；……；为第一条带中第2组的第q个数据块中第K个数据子块编号为2×K×q；同理为第一条带第i组的第1个数据块中第1个数据子块编号为(i-1)×K×q+1，1≤i≤p；为第一条带中第i组的第2个数据块中第1个数据子块编号为(i-1)×K×q+2；……；为第一条带中第i组的第q个数据块中第1个数据子块编号为(i-1)×K×q+q；然后为第一条带中第i组的第1个数据块中第2个数据子块编号为(i-1)×K×q+q+1；为第一条带第i组的第2个数据块中第2个数据子块编号为(i-1)×K×q+q+2；……；为第一条带中第i组的第q个数据块中第2个数据子块编号为(i-1)×K×q+q×2；……；以此类推，为第一条带中第i组的第1个数据块中第K个数据子块编号为i×K×q-q+1；为第一条带第i组的第2个数据块中第K个数据子块编号为i×K×q-q+2；……；为第一条带中第i组的第q个数据块中第K个数据子块编号为i×K×q；以此类推，按照相同的编号原则，为第二条带至第N条带的数据子块进行编号；编号相邻的数据子块，其逻辑地址相邻；同一条带内序号相邻的组，其逻辑地址相邻；相邻条带中，前一条带的最后一组与后一条带的第一组的逻辑地址相邻；逻辑地址相邻的组，称为相邻组；每个校验块P、校验块Q也分成K个大小相等的校验子块，校验块P、Q中的校验子块由所在条带中偏移位置相同的N-2个数据子块分别通过异或运算、伽罗华域运算得出，这N-2数据子块及其生成的校验子块，构成一个校验条；二、按照以下策略，调度磁盘进行工作状态转换：为每个磁盘设置一个信号量，用Sem i表示，1≤i≤N，设置信号量Sem i的初始值均为0；第1步：根据访问数据的逻辑地址，用LBA表示，计算出该访问数据所在数据块所属的条带u以及所属的组，用r表示；通过下式得到：其中，条带大小表示条带内各数据块大小之和，组大小为组内各数据块大小之和，MOD表示模运算，加1表示条带编号和组编号均从1开始；然后，用式5确定第u条带第r组内的q个数据块D(u，r×q-q+1)、D(u，r×q-q+2)、……、D(u，r×q-q+q)所在的磁盘，用式3确定本条带校验块P(u)所在的磁盘为(N-u)或N，用式4确定本条带校验块Q(u)所在的磁盘为N+1-u，对以上磁盘分别处理：若磁盘处于停止状态，则调度到就绪状态；条带序号u和组序号r分别用于记录当前访问操作的条带序号和组序号；第2步：当第u条带第r组内的q个数据块所在磁盘，第u条带校验块P(u)、Q(u)所在磁盘处于就绪状态时，开始并行访问这q+2个磁盘，被访问的磁盘由就绪状态转为运行状态；第3步：如果本次访问在第u条带第r组内结束，则本次访问结束后，第u条带第r组内的q个数据块所属磁盘、第u条带内的校验块P(u)、Q(u)所属磁盘由运行状态转为就绪状态，然后退出本次调度；否则，在第u条带第r组访问结束前t时刻，确定相邻组的条带编号及组编号；其中，t为磁盘由停止状态转为就绪状态所需要的时间，相邻组的条带编号用I表示，组编号用R表示；并对第I条带第R组内q个数据块所属磁盘、第I条带内的校验块P(I)、校验块Q(I)所在磁盘分别处理：若磁盘处于停止状态，则调度到就绪状态；若磁盘处于运行状态，则该磁盘的信号量加1；在第u条带第r组访问结束后，对第u条带第r组内的q个数据块所属磁盘、第u条带内的校验块P(u)、Q(u)所属磁盘分别处理：将磁盘的信号量减1，如果该磁盘的信号量小于0，则将该磁盘由运行状态转为停止状态，并重新设置该磁盘的信号量为0；否则，将该磁盘由运行状态转为就绪状态；第4步：把记录当前访问所在条带序号的u值更新为I，将记录当前访问所在组序号的r的值更新为R，重复执行第2步到第4步。