[發明專利]基于非易失性存儲器的動態獨立冗余陣列存儲系統及方法

有效

• 申請號: 201210256754.4
• 申請日: 2012-07-23
• 公開（公告）號: CN103577111A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 陽學仕;周溱
• 申請（專利權）人: 上海寶存信息科技有限公司
• 主分類號: G06F3/06
• 分類號: G06F3/06;G06F11/10
• 代理公司: 上海金盛協力知識產權代理有限公司 31242
• 代理人: 王松

技術領域

本發明屬于數據存儲技術領域，涉及一種動態獨立冗余陣列存儲系統，尤其涉及一種基于非易失性存儲器的動態獨立冗余陣列存儲系統；同時，本發明還涉及一種上述動態獨立冗余陣列存儲系統的存儲方法。

背景技術

RAID技術在數據存儲領域中有廣泛的應用。RAID(Redundant?Array?of?Independent?Disks或者是Redundant?Array?of?Independent?Devices)利用數據和設備的冗余度而防止由于磁盤或者存儲設備的失效造成的數據丟失。RAID根據保護層度需求不同而有不同的架構，如RAID-1,RAID-2,RAID-3,RAID-4,RAID-5and?RAID-6等。以下陳述以RAID-5為例。需要指出的是該發明可以很容易擴展到其它的RAID方式，如RAID-6，RAID-10等。

傳統的RAID-5架構如圖1所示。其中，A1,A2,A3代表用戶數據，而Ap=A1+A2+A3是數據的XOR奇偶校驗碼。這里+代表二進制的異或操作。在數據寫操作時，讀寫控制器根據用戶數據A1,A2和A3產生XOR奇偶校驗碼Ap。Ap被寫入單獨的存儲設備中。A1、A2、A3和Ap組成了一RAID?stripe，即RAID組。在數據讀取操作時，例如Device2的A2數據讀取有錯誤，或Device2失效，控制器可以通過讀取A1、A3和Ap進行異或XOR操作而恢復A2。同理，數據B1、B2、B3的奇偶校驗碼Bp被寫在Device-1上。B1、B2、B3和Bp組成另一RAID?stripe。讀取時，任何不多于一個device失效都可以通過讀取同一RAID?stripe中的其它設備而進行數據恢復。

傳統的RAID機制有如下局限性,或者說基于如下假設條件成立：

1、設備的本地可重寫性：如用戶需要更新數據A1，讀寫控制器直接重寫Device-1中的A1。同時Ap也會被更新。而且，用戶的邏輯塊LBA(logic?block?address)相對物理地址PBA（physical?block?address，如A1）是固定的一對一的映射，從而達到管理簡化的目的。

2、設備完整性：傳統的RAID機制假定陣列中的所有設備都是可用的；一旦在設備失效以后，失效的設備將會被新的有效設備替換掉；數據通過RAID而可以重建。

在NVM的應用中，以上兩個假設都有可能不成立：

1、設備不可本地重寫：如在閃存芯片組成的冗余陣列中，一個物理頁面（page）必須在所在的塊(block)擦除之后才能重新寫入新的數據。如果使用傳統的一對一LBA至PBA的映射，系統的性能將會大幅度下降。

2、設備的不完整性：如在閃存芯片冗余陣列中，一個設備【對應于一個LUN(logic?unit?number)或者一個die】有可能整個失效而不能被替換。一個物理頁面PBA可能失效不可再用的情況也有發生。

因此，傳統的RAID實現機制在NVM組成的冗余陣列中不可直接運用。

為保證基于NVM的數據存儲裝置如SSD中數據的安全性，本發明揭示了動態的RAID技術以解決以上問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種基于非易失性存儲器的動態獨立冗余陣列存儲系統，可大幅提高系統的性能，并保證基于NVM的數據存儲裝置中數據的安全性。

此外，本發明還提供上述動態獨立冗余陣列存儲系統的存儲方法，可大幅提高系統的性能，并保證基于NVM的數據存儲裝置中數據的安全性。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種基于非易失性存儲器的動態獨立冗余陣列存儲系統，所述系統包括：讀寫控制器、若干與所述讀寫控制器連接的存儲設備，各存儲設備包括一個或多個物理塊，各物理塊包括一個或多個頁面；

所述讀寫控制器包括：

RAID寫入控制模塊，用以控制存儲設備中數據的寫入；所述RAID寫入控制模塊包括寫前處理單元、寫操作處理單元；所述寫前處理單元用以在寫入一個獨立冗余陣列RAID組之前，根據存儲設備的可用性形成對應的RAID組；所述寫操作處理單元用以在更新數據時將正在被更新的邏輯塊LBA放入有當前RAID組的頁面，使得該RAID組的成員的邏輯地址由正在被更新的邏輯塊LBA組成；當足夠的邏輯塊LBA組成一完整的RAID組時，計算并寫入該RAID組的奇偶校驗碼，完成對該RAID組的寫操作；