[發(fā)明專利]一種多盤容錯(cuò)的二維混合盤RAID4系統(tǒng)架構(gòu)及其讀寫方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210464825.X
• 申請(qǐng)日: 2012-11-16
• 公開（公告）號(hào): CN103019893A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳非;謝長生;周健;周游;陳克;朱勝本
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F11/16
• 分類號(hào): G06F11/16;G06F3/06
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種多盤容錯(cuò)的二維混合盤RAID4系統(tǒng)架構(gòu)及其讀寫方法。

背景技術(shù)

獨(dú)立冗余磁盤陣列（Redundant?Access?Independent?Disk，簡稱RAID）技術(shù)已經(jīng)作為一種成熟的技術(shù)廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中。RAID技術(shù)具有從RAID0到RAID6七種基本的RAID級(jí)別，不同的級(jí)別代表著不同的存儲(chǔ)性能、數(shù)據(jù)安全性和存儲(chǔ)成本。其中RAID4是在RAID3的基礎(chǔ)上發(fā)展起來。如圖1所示，在RAID4模式中，磁盤陣列包含N個(gè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的磁盤（簡稱數(shù)據(jù)盤）以及一個(gè)專門用于存儲(chǔ)奇偶校驗(yàn)信息的磁盤（簡稱校驗(yàn)盤），它一條帶（Datastriping）為基礎(chǔ)，在把文件數(shù)據(jù)分塊后寫進(jìn)一個(gè)數(shù)據(jù)盤的同時(shí)，對(duì)其它數(shù)據(jù)盤內(nèi)與該數(shù)據(jù)塊相同盤內(nèi)位置的所有數(shù)據(jù)塊計(jì)算出它們的奇偶校驗(yàn)值（XOR操作完成），最終形成一個(gè)由奇偶校驗(yàn)值組成的信息塊，并將其寫入校驗(yàn)盤，這被稱為數(shù)據(jù)保護(hù)（Data?guarding）。它只能容忍一個(gè)磁盤出現(xiàn)故障，如何提高磁盤陣列的容錯(cuò)能力是我們要解決的問題。另外，由于磁盤的每秒處理IO操作能力有限，新的讀寫請(qǐng)求必須等待舊的讀寫完成之后才能處理。也就是說對(duì)于RAID4系統(tǒng)而言，只能實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)盤讀操作的并發(fā)，不能實(shí)現(xiàn)陣列寫操作的并發(fā)。同時(shí)，為了有效解決大規(guī)模存儲(chǔ)系統(tǒng)當(dāng)多盤失效的時(shí)候，一維的RAID結(jié)構(gòu)，只能容一盤錯(cuò)的情況。如何解決校驗(yàn)盤的瓶頸和多盤失效的問題，從而提高陣列的性能和陣列的可靠性是我們要解決的問題。此外，隨著磁盤陣列在各個(gè)領(lǐng)域的中高低端的廣泛應(yīng)用，磁盤陣列的能耗也成為廣泛關(guān)注的問題，如何降低陣列能耗同樣是我們要解決的另一個(gè)問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種多盤容錯(cuò)的二維混合盤RAID4系統(tǒng)架構(gòu)，本發(fā)明通過簡化IO操作流程、建立將固態(tài)硬盤作為校驗(yàn)盤的二維混合盤RAID4體系架構(gòu)，至少可以糾正3盤錯(cuò)誤，并透明完成數(shù)據(jù)校驗(yàn)計(jì)算，同時(shí)大幅減少讀寫檢驗(yàn)盤的IO操作數(shù)，有效消除校驗(yàn)盤的讀寫瓶頸，提高系統(tǒng)的性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種多盤容錯(cuò)的二維混合盤RAID4系統(tǒng)架構(gòu)，包括RAID4控制器和盤陣，盤陣包括磁盤陣列和作為校驗(yàn)盤的固態(tài)硬盤，磁盤陣列和固態(tài)硬盤組成二維陣列結(jié)構(gòu)，固態(tài)硬盤的控制器中增設(shè)緩存模塊以及異或模塊，緩存模塊用于數(shù)據(jù)的緩沖，異或模塊是在固態(tài)硬盤中的現(xiàn)場可編程邏輯門陣列中實(shí)現(xiàn)，用于處理RAID4校驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算。

本發(fā)明還提供了一種多盤容錯(cuò)的二維混合盤RAID4系統(tǒng)架構(gòu)的讀操作方法，包括以下步驟：

（1）步驟701，RAID控制器核心模塊的處理線程首先從SCSI命令隊(duì)列中取出讀請(qǐng)求；

（2）步驟702，對(duì)該讀請(qǐng)求的讀地址空間按照行優(yōu)先原則，對(duì)條帶進(jìn)行拆分，屬于同一個(gè)讀請(qǐng)求的條帶用隊(duì)列管理起來；

（3）步驟703，RAID控制器的處理線程為每一個(gè)條帶構(gòu)造一個(gè)目標(biāo)端和緩存模塊之間通信的讀命令，并且將命令發(fā)送到緩存模塊；

（4）步驟704，接收讀數(shù)據(jù)條帶1、數(shù)據(jù)條帶2、數(shù)據(jù)條帶3的命令，分別從數(shù)據(jù)盤1，數(shù)據(jù)盤2，數(shù)據(jù)盤3中讀出條帶1、條帶2、條帶3，并將條帶數(shù)據(jù)緩沖在緩存模塊中；

（5）步驟705，通過DMA對(duì)主機(jī)端進(jìn)行傳輸。

本發(fā)明還提供了一種多盤容錯(cuò)的二維混合盤RAID4系統(tǒng)架構(gòu)的寫操作方法，包括以下步驟：

（1）步驟801，RAID控制器核心模塊的處理線程首先從SCSI命令隊(duì)列取出該寫命令；

（2）步驟802，對(duì)該寫命令的讀地址空間按照條帶進(jìn)行拆分，屬于同一個(gè)寫命令的縱向條帶和橫向條帶分別用隊(duì)列管理起來；

（3）步驟803，RAID控制器的處理線程為每一個(gè)條帶構(gòu)造一個(gè)目標(biāo)端和緩存模塊之間通信的寫命令，并且將命令發(fā)送到緩存模塊；

（4）步驟804，為RAID4系統(tǒng)中的特殊固態(tài)硬盤新增自定義命令“異或?qū)憽保?/p>

（5）步驟805，在異或模塊中進(jìn)行異或運(yùn)算（其中數(shù)據(jù)P為原始的校驗(yàn)數(shù)據(jù)），得到新的校驗(yàn)數(shù)據(jù)條帶P’；

（6）步驟806，再將條帶P’寫入作為校驗(yàn)盤的固態(tài)硬盤中，同時(shí)將條帶1’寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)盤中。

步驟（4）中，對(duì)于寫操作，是采用新數(shù)據(jù)和老數(shù)據(jù)在校驗(yàn)盤的內(nèi)部邏輯進(jìn)行異或之后產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行寫入。

通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下的有益效果：

1、由于采用了二維陣列結(jié)構(gòu)，有效的解決了多盤失效的問題，顯著地提高了RAID4系統(tǒng)的可靠性。