[發明專利]一種非同步鏡像的混合硬盤陣列存儲系統及方法

在審

• 申請號: 201711023717.8
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107870744A
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 景蔚亮;李海鑫;陳邦明
• 申請（專利權）人: 上海新儲集成電路有限公司
• 主分類號: G06F3/06
• 分類號: G06F3/06
• 代理公司: 上海申新律師事務所31272
• 代理人: 俞滌炯

技術領域

本發明涉及硬盤存儲技術領域，尤其涉及一種非同步鏡像的混合硬盤陣列存儲系統及方法。

背景技術

獨立冗余磁盤陣列(Redundant Array of Independent Disk，RAID)，就是一種由多塊獨立磁盤通過不同組合方式構成的磁盤系統，在操作系統下作為一個獨立的大型存儲設備出現，從而提供比單個磁盤更高的存儲性能和更好的數據備份技術。

RAID有多種工作模式，其中比較典型的有RAID0、RAID1和RAID10三種。

數據分條技術(Data Stripping，RAID0)指把多個硬盤按照一定的算法組合連接起來形成一個容量更大的邏輯硬盤組，將要存儲的數據分割成多條分別同時傳輸給邏輯硬盤組里面的每一個硬盤進行存儲，可以實現大量數據的并行傳輸，從而提高磁盤的性能和吞吐量。但是，RAID0沒有數據冗余或錯誤修復能力，一旦邏輯硬盤組里面有一塊硬盤損壞，整個邏輯硬盤組就將失效，損壞的數據也無法得到恢復。所以，RAID0技術一般只是在那些對數據安全性要求不高的情況下才被使用。

RAID1，也稱磁盤鏡像技術，是指一個磁盤系統由兩個獨立磁盤組成，一個主盤和一個鏡像盤，兩個盤內部存放的數據完全相同。正常情況下首先利用主盤，當主硬盤失效時就轉而啟用鏡像盤。RAID1在不影響性能的情況下最大限度的保證系統的可靠性和可修復性，具有很高的數據冗余能力。但磁盤利用率為50％，故成本較高，且要同時實現兩塊硬盤的數據寫入，硬盤控制器的負載會過大，容易出現性能瓶頸。故RAID1多用在保存關鍵性的重要數據的場合。

RAID10可以看成是RAID1和RAID0的結合，但它是由2n(n≥2)個硬盤組成，并將這2n個硬盤均分成兩個邏輯硬盤組，其中一組作為主盤，另一組則作為鏡像盤。兩組硬盤之間執行RAID1的技術，而每組硬盤內部各自執行RAID0的技術。這樣使得RAID10既能夠像RAID0一樣并行地傳輸數據，又能夠像RAID1一樣具有數據冗余能力，兼備高性能和高可靠性。

盡管RAID10技術已經同時具備了高性能和高可靠性的優點，但由于其目前鏡像盤和主盤完全一樣，如附圖1和附圖2所示(圖中的0僅代表鏡像盤的意思)，主盤和鏡像盤分別由數量相等的多個機械硬盤(Mechanical hard disk，HDD)組成，或主盤和鏡像盤分別由數量相等的多個固態硬盤(solid-state disk，SSD)組成，通常情況下SSD的性能要優于HDD，SSD的數據傳輸速度更快，功耗更低且使其使用成本更低，HDD數據傳輸速度更慢，且浪費功耗。

所以現有的RAID10技術依然像RAID1一樣，不僅會在磁盤利用率上存在一個較大的浪費問題，也會在同時對兩組硬盤寫入數據時使得硬盤控制器承受相當大的負荷，使其出現性能瓶頸。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供了一種能夠在提高RAID性能的基礎上盡可能地減少資源的浪費的非同步鏡像的混合硬盤陣列存儲系統。

本發明采用如下技術方案：

一種非同步鏡像的混合硬盤陣列存儲系統，所述混合硬盤陣列存儲系統包括：

主硬盤組，所述主硬盤組包括多個主硬盤，所述主硬盤采用固態硬盤實現；

鏡像硬盤組，所述鏡像硬盤組包括多個從硬盤，所述主硬盤組中的每個所述主硬盤與所述鏡像硬盤組中的每個所述從硬盤一一對應形成鏡像對應關系，所述從硬盤采用機械硬盤實現；

所述主硬盤的存儲性能高于所述從硬盤的存儲性能；

硬盤控制器，所述硬盤控制器分別連接所述主硬盤組和所述鏡像硬盤組，所述硬盤控制器包括：

數據分段模塊，所述數據分段模塊用于將預存儲數據進行分段處理以得到多段存儲數據；

第一數據寫入模塊，所述第一數據寫入模塊連接所述數據分段模塊，所述第一數據寫入模塊用于在隨機寫模式下于非空閑時間段將所述多段存儲數據分別寫入所述主硬盤組中的多個所述主硬盤內，并于空閑時間段將所述主硬盤組中的所述多段存儲數據分別鏡像復制到所述鏡像硬盤組中相對應的多個所述從硬盤內；

第二數據寫入模塊，所述第二數據寫入模塊連接所述數據分段模塊，所述第二數據寫入模塊用于在連續寫模式下于非空閑時間段將所述多段存儲數據分別寫入所述鏡像硬盤組中的多個所述從硬盤內，并于空閑時間段將所述鏡像硬盤組中的所述多段存儲數據分別鏡像復制到所述主硬盤組中相對應的多個所述主硬盤內；