磁盤陣列及磁盤塊級容量提升技術(shù)研究.pdf

1、隨著數(shù)據(jù)量的爆炸性增長，特別是近年來大數(shù)據(jù)應(yīng)用的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)面臨著嚴(yán)峻的考驗，容量和性能的壓力越來越大。不僅如此，數(shù)據(jù)量的持續(xù)不斷增長需要存儲容量的不斷增長，因而需要存儲設(shè)備具有在線擴容的功能，這使得存儲設(shè)備的容量擴展成為一個重要的研究方向；另外，磁盤的容量需要提升，除了磁記錄物理密度的提升外，也需要探索新的記錄方式。
　　磁盤陣列作為一種應(yīng)用非常廣泛的存儲設(shè)備，數(shù)據(jù)的不斷增長特性需要其存儲容量具備在線擴展的能力，并在擴

2、展后能提高性能。為了對RAID5進(jìn)行擴容，數(shù)據(jù)必須從舊磁盤遷移到新磁盤，以此來獲得更多的空間和更好的性能。傳統(tǒng)方法對RAID5進(jìn)行擴容時需要移動幾乎所有數(shù)據(jù)并需要重計算所有的校驗塊，因而速度非常慢。針對RAID5提出一種基于校驗塊數(shù)據(jù)遷移的容量擴展新方案（PBM），該方案從數(shù)據(jù)塊分布圖中特定的平行四邊形選擇數(shù)據(jù)進(jìn)行遷移，而且平行四邊形的一條邊全部由校驗塊構(gòu)成。當(dāng)增加m個磁盤到n個磁盤組成的RAID5中時，PBM可以實現(xiàn)最小數(shù)據(jù)遷移，遷移

3、量為總數(shù)據(jù)量的m/(n+m)，并且不需要重新計算任何校驗塊。擴容之后，雖然磁盤陣列已經(jīng)不是標(biāo)準(zhǔn)RAID5，但是校驗塊同樣能保證均勻分布。實驗環(huán)境在真實的Linux下對多個磁盤組成的磁盤陣列進(jìn)行擴容實驗，結(jié)果表明，PBM方案比傳統(tǒng)的MD方案平均節(jié)省73.6％的擴容時間，而性能下降僅為1.83％。
　　針對RAID6的H-Code編碼方式提出了一種稱為HCS的擴容方案。H-Code是一種水平編碼方式，具有較好的可擴展性。HCS首先選擇

4、反對角線上的數(shù)據(jù)塊，然后進(jìn)行水平的數(shù)據(jù)遷移，其優(yōu)點是在遷移過程中不需要重新計算兩種校驗塊P和Q。擴容完成之后，磁盤陣列仍然能夠保持H-Code方式的數(shù)據(jù)分布，因此能實現(xiàn)多次擴容。實驗數(shù)據(jù)表明，與同樣為RAID6擴容方案的SDM相比，HCS在擴容的時間上減少3.6％，性能夠提高4.26％。
　　作為存儲系統(tǒng)中最基礎(chǔ)存儲單元的磁盤，目前已經(jīng)有很多方式對其進(jìn)行容量擴展，瓦記錄磁盤即是其中比較典型的一種。瓦記錄磁盤通過疊加磁道的方式來增加

5、磁盤中數(shù)據(jù)存儲的面密度，使得在每平方英寸上能存儲超過1Tb的數(shù)據(jù)。在傳統(tǒng)瓦記錄磁道布局方式上，提出了一種新的波形磁道布局方式，該方式通過雙向疊加磁道，使得磁盤的面密度能提高6％-10％。此外，為了提高波形瓦記錄磁盤訪問性能，研究了一種混合瓦記錄的存儲結(jié)構(gòu)HWSR。HWSR對瓦記錄磁盤采用段劃分的形式組織數(shù)據(jù)，用固態(tài)盤（SSD）緩沖區(qū)存放讀數(shù)據(jù)，而用內(nèi)存緩沖區(qū)存放寫數(shù)據(jù)。在內(nèi)存數(shù)據(jù)寫入瓦記錄磁盤時，采用了一種新的寫效率優(yōu)先的數(shù)據(jù)淘汰算法H