[发明专利]一种磁盘阵列的数据组织方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机存储系统数据组织方法，具体涉及一种磁盘阵列的数据组织方法，用于降低RAID10磁盘阵列的能耗。

背景技术

最新的研究报告指出，在未来数年内，能耗在数据中心总拥有成本中所占的比例将由过去的10％增长到50％。存储子系统消耗的能量在数据中心总消耗能量中占据较大的比例。对于一个典型的数据中心来说，基于磁盘的存储子系统所消耗的能量占到了数据中心总消耗能量的27％，并且该比例随着每年以60％的速度增长的存储需求的增长而迅速增长。

现代存储系统大多采用分层存储架构来缓存大量的数据，从而提高存储系统的性能或降低存储系统的能耗；目前，RAID10磁盘阵列是最常用于分层存储架构的一种磁盘阵列形式，RAID10是采用镜像磁盘条带方式存储数据的一种磁盘阵列，包括若干个主磁盘以及与它们对应的若干个镜像磁盘，本申请将每个主磁盘和与其对应的镜像磁盘称为镜像磁盘对。大多数的读操作请求可通过缓存在多层存储架构中的数据得到响应，并且在写穿或者写回策略下，写操作请求最终都必须提交到磁盘，因此磁盘所服务的请求大部分是写操作请求。将写操作请求缓存起来是提高存储系统性能或降低存储系统能耗的一种常用方法。本发明将用于存储写操作请求数据的存储空间称为日志空间，将提供日志空间的磁盘称为日志磁盘，本申请将日志磁盘存储写操作请求数据的时间段称为日志周期，日志周期自日志磁盘开始为写操作请求提供日志空间开始，至日志磁盘不再为写操作请求提供日志空间结束。

通过将写操作请求临时定向到日志磁盘上，写操作请求原目标镜像磁盘就可以切换到低能耗状态，并且尽量保持在低能耗状态以节能。由于频繁的启停磁盘将缩短磁盘的寿命并增加磁盘存储系统的能耗，因此，只有当日志磁盘上的日志空间被写满之后才会将写操作请求原目标镜像磁盘从低能耗状态切换回高能耗状态，并且利用与其相对应的主磁盘上存储的数据，将该原目标镜像磁盘上与主磁盘存储的不一致的数据进行更新，本申请将该过程称为同步过程。本发明将写操作请求原目标镜像磁盘上的数据被更新的时间段称为同步周期，同步周期自写操作请求原目标镜像磁盘上的数据被更新开始，至写操作请求原目标镜像磁盘上的数据被更新完毕结束。

将写操作请求定向到非写操作请求原目标镜像磁盘的方法被广泛应用于分层存储体系结构中以提高存储系统性能或降低存储系统能耗。磁盘缓存磁盘(Disk Caching Disk，DCD)方法利用一个小的日志磁盘作为二级缓存来优化写操作请求性能，见Hu Y，Yang Q.DCD-Disk Caching Disk：A New Approach forBoosting I/O Performance.in Proceedings of the 23rd Annual InternationalSymposium on Computer Architecture(ISCA’1996)，Philadelphia，PA，USA，May22-24，1996，pp.169-178。日志磁盘阵列(Logging RAID)将多个数据量较小的写操作请求整合为一个数据量较大的写操作请求，以解决基于校验的磁盘阵列中的数据量较小的写操作请求性能瓶颈问题，见Chen Y，Hsu W W，Young H C.Logging RAID-An Approach to Fast，Reliable，and Low-Cost Disk Arrays.inProceedings of the 6th International Euro-Par Conference(EuroPar’2000)，Munich，Germany，Aug.29-Sep.1，2000，pp.1302-1312。绿色磁盘阵列(Green RAID，GRAID)将写操作请求数据的第二个副本以顺序磁盘I/O的方式全部集中在一个额外的日志磁盘上，以延长RAID10磁盘阵列中镜像磁盘的空闲等待时间以节能，见Mao B，Feng D，Wu S，et al.GRAID：A Green RAID Storage Architecture withImproved Energy Efficiency and Reliability.in Proceedings of the 16th InternationalSymposium on Modeling，Analysis，and Simulation of Computer andTelecommunication Systems(MASCOTS’2008)，Baltimore，Maryland，USA，September 8-10，2008，pp.113-120。磁盘成本的降低使得RAID10以其高可靠性、高峰值I/O吞吐量等优点被广泛应用于磁盘存储系统中。