[发明专利]利用异或校验磁盘阵列写数据的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及磁盘阵列的写数据技术，尤其涉及利用异或校验的磁盘阵列写数据的技术。

背景技术

独立磁盘冗余阵列(RAID，Redundant Array of Inexpensive Disks)技术已经广泛地被应用在数据存储备份领域中。可以将现有的RAID级别划分为三类：无冗余、基于镜像的、基于XOR的。RAID0就是无冗余的，它不存在校验数据。基于镜像的磁盘阵列包括RAID1、RAID10等，这种技术使用一个或多个独立的磁盘来备份数据，这些磁盘通常被称为“镜像盘”。而基于XOR校验的磁盘阵列，例如RAID3、RAID5、RAID6等，这种技术将数据以条带(Stripe)的方式存放，条带中分布在每个磁盘上的数据称为条带单元(StripeUnit)，也可成为段(Segment)。以RAID5为例，在一个条带中，使用一个条带单元来存放校验数据，校验数据等于该条带中其它条带单元异或的结果。至于条带单元大小视系统而定，一般为64KB。如图1所示，为5个盘的RAID5，其中条带单元大小为4KB，D代表数据块，P代表校验数据。

图2描述的是存储子系统的结构图。存储子系统100包括一个或多个RAID控制器103。RAID控制器103通过通信协议102连接 到主机101上。通信协议102包括并行SCSI，SAS(Serial attachedSCSI)，FC(Fiber Channel)和一些其它并行接口、高速串行接口等。

RAID控制器103通过通信协议104与磁盘子系统109连接。协议104与协议102类似。磁盘子系统109由一个或多个磁盘108以某种RAID算法组织起来阵列的集合。磁盘子系统108可以包括多种RAID0、RAID1、RAID5等多种RAID算法。

图3描述的是RAID控制器内部结构。在RAID控制器103中，中央处理器(CPU)201通过处理器总线207连接到内存设备、外围设备以及协助处理单元上。RAM 204和NVRAM 205属于内存设备，它们存储操作系统指令、控制器配置信息、buffer空间、cache空间等。主机接口200将主机端传送过来的信号与总线信号相互转换，而磁盘接口206则是将总线信号与磁盘驱动信号相互转换。

DMA 202用于提高RAID控制器的性能。DMA 202可以使数据在RAM 204与主机端口200和磁盘端口206直接进行传输，故而减少了CPU负担。RPA(RAID Parity assist)203提供校验信息计算功能。RAID控制器103接收来自磁盘端口206的数据，然后将数据发送到RPA 203，RPA 203计算数据的校验信息，之后通过磁盘端口206将校验信息传回磁盘子系统。

当向使用异或校验的磁盘阵列中写数据时，必须更新要写数据所在条带的校验数据，这样才能保证在有磁盘失效的情况下，可以通过其它数据以校验数据计算出失效盘的数据。也就是说，在写数据同时，要先预读条带中的数据，这样才能得出正确的校验数据。写数据主要有两种方式：一种叫小写(small write)或读-修改-写(read-modify-write)，另一种叫大写(large write)或重建写(reconstrut-write)。这两种方法其目的是要减少在写数据过程中预读的次数。

仍以RAID5为例，数据读写的基本单位是条带。如果想要向0扇区写入数据d`₀，按照小写的方式，有以下步骤：

1)首先确定0扇区所在的条带，读出0扇区数据d₀以及条带中校验数据p₀，存入缓存中；

2)计算新校验p0`=p0⊕d0⊕d0`,]]>存入缓存；将新数据d`<sub>0</sub>写入扇区0，新校验p`₀写入数据块p₀。

按照大写的方式，有以下步骤：