基于RAID5的閃存固態(tài)盤(pán)陣列關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著數(shù)字設(shè)備的普及和網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，當(dāng)今世界已經(jīng)成為數(shù)據(jù)的世界，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)面臨著極大的挑戰(zhàn)。當(dāng)前應(yīng)用不僅需要更大的存儲(chǔ)容量，在延遲、帶寬、可靠性、能耗等方面也對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)提出了更高的要求。傳統(tǒng)磁盤(pán)設(shè)備因其內(nèi)部機(jī)械裝置的限制，已經(jīng)成為大規(guī)模存儲(chǔ)系統(tǒng)的主要性能瓶頸?；陂W存的SSD（Solid State Drive）以其優(yōu)異的性能、非易失和低功耗等特點(diǎn)，已經(jīng)在高端系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。但是，閃存存在壽命有限的缺陷，當(dāng)閃存應(yīng)用到大規(guī)模存儲(chǔ)系

2、統(tǒng)中時(shí)存在可靠性方面的問(wèn)題。RAID（Redundant Arrays of Independent Disks）是一種傳統(tǒng)的提高存儲(chǔ)可靠性的方案。利用RAID技術(shù)構(gòu)建大規(guī)模閃存陣列，既可以增大閃存存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量，提高性能，又能保證可靠性。本文重點(diǎn)研究基于RAID5的SSD陣列，根據(jù)RAID的特性?xún)?yōu)化了SSD的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并根據(jù)閃存的特性改進(jìn)了RAID5的控制邏輯，通過(guò)兩者的結(jié)合延長(zhǎng)RAID5陣列中SSD的壽命。文章的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下

3、：
　　首先，針對(duì)閃存壽命有限的問(wèn)題，提出了一種能夠感知 RAID5校驗(yàn)信息的PA-SSD（Parity Aware-SSD）結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在SSD內(nèi)部合理布局RAID5產(chǎn)生的校驗(yàn)信息，減少SSD內(nèi)部產(chǎn)生的額外寫(xiě)請(qǐng)求，從而延長(zhǎng)SSD的壽命。另外，該結(jié)構(gòu)在 SSD控制器內(nèi)部提出了基于權(quán)重值的寫(xiě)緩存替換策略，并優(yōu)化了FTL（Flash Translation Layer）的地址映射策略和損耗均衡策略。
　　其次，改進(jìn)了RAID5控

4、制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。針對(duì)程序中數(shù)據(jù)的局部性，在RAID5控制器內(nèi)部增加寫(xiě)緩存，減少寫(xiě)入SSD的數(shù)據(jù)量；針對(duì)校驗(yàn)信息更新頻繁的問(wèn)題，設(shè)置數(shù)據(jù)緩存和部分校驗(yàn)緩存，分別接收從寫(xiě)緩存替換出的用戶(hù)數(shù)據(jù)和校驗(yàn)信息，減少校驗(yàn)信息更新時(shí)產(chǎn)生的I/O請(qǐng)求，延長(zhǎng)SSD的壽命。
　　最后，實(shí)現(xiàn)了基于RAID5的SSD陣列模擬器，并基于該模擬器評(píng)估了本文提出的PA-SSD結(jié)構(gòu)和改進(jìn)的RAID5控制器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PA-SSD平均能夠使校驗(yàn)信息的寫(xiě)入量減少2