磁盤(pán)陣列存儲(chǔ)系統(tǒng)的分組編碼技術(shù)研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，當(dāng)前每天都將產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)。為了存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)，獨(dú)立磁盤(pán)冗余陣列(RAID)利用多個(gè)磁盤(pán)提升系統(tǒng)容量和讀寫(xiě)性能。在大規(guī)模RAID系統(tǒng)中，由于磁盤(pán)數(shù)較多，磁盤(pán)故障是一種常態(tài)。因此，RAID系統(tǒng)通常會(huì)額外保存冗余數(shù)據(jù)，以保證數(shù)據(jù)可靠性。當(dāng)發(fā)生磁盤(pán)故障時(shí)，需要將壞盤(pán)修復(fù)，以維持?jǐn)?shù)據(jù)可用性。并且，修復(fù)過(guò)程應(yīng)該盡可能更快，因?yàn)槿绻迯?fù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，將長(zhǎng)時(shí)間影響用戶訪問(wèn)，并且在修復(fù)期間，若更多的磁盤(pán)發(fā)生故障，有可能造成數(shù)據(jù)的永久丟失

2、。然而，磁盤(pán)容量發(fā)展迅速，磁盤(pán)讀寫(xiě)性能卻發(fā)展緩慢，傳統(tǒng)RAID系統(tǒng)要修復(fù)單個(gè)TB級(jí)容量的磁盤(pán)將耗費(fèi)大量時(shí)間。
　　為了極大地加快存儲(chǔ)系統(tǒng)單盤(pán)修復(fù)速度，本文提出了一種新的RAID結(jié)構(gòu)，叫做OI-RAID，它的本質(zhì)是一種分組編碼技術(shù)。OI-RAID是一種分層結(jié)構(gòu)，包含了兩層編碼，即外層編碼和內(nèi)層編碼。外層編碼基于平衡不完全區(qū)組設(shè)計(jì)(BIBD)和一種偏移輪轉(zhuǎn)策略，能利用大量磁盤(pán)的帶寬并行修復(fù)單個(gè)壞盤(pán);內(nèi)層編碼基于每條對(duì)角線，部署在每個(gè)磁

3、盤(pán)組中。本文通過(guò)具體示例介紹了OI-RAID的構(gòu)建方法。我們?cè)趦蓪泳幋a都部署了RAID5碼，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證并分析了OI-RAID的各方面性能。結(jié)果表明，OI-RAID能利用不超過(guò)350個(gè)磁盤(pán)，使加速比達(dá)到60，因此能在短時(shí)間內(nèi)修復(fù)TB級(jí)容量的磁盤(pán);OI-RAID在單盤(pán)修復(fù)過(guò)程中的數(shù)據(jù)讀取總量遠(yuǎn)低于相同容錯(cuò)能力的MDS糾刪碼，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)帶寬和磁盤(pán)讀寫(xiě)開(kāi)銷(xiāo);OI-RAID能利用接近于理論最少的磁盤(pán)數(shù)獲取極高的單盤(pán)修復(fù)性能，保持了較低的磁盤(pán)開(kāi)銷(xiāo)

4、;OI-RAID的存儲(chǔ)開(kāi)銷(xiāo)較低，介于0.2到0.6之間;OI-RAID的更新開(kāi)銷(xiāo)已達(dá)到最優(yōu)。
　　在實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景中，為了降低分組編碼技術(shù)對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)磁盤(pán)數(shù)的限制，我們分別基于Steiner三連系和完全圖構(gòu)建了OI-RAID，并提出了兩種虛擬磁盤(pán)技術(shù)。這些方法都額外耗費(fèi)了更多的磁盤(pán)開(kāi)銷(xiāo)，以換取OI-RAID構(gòu)建的靈活性，為OI-RAID的參數(shù)提供了更多選擇。為了進(jìn)一步提高OI-RAID的數(shù)據(jù)可靠性，我們?cè)贠I-RAID的兩層編碼中分