[发明专利]一种RAID5级别磁盘阵列的写性能优化方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机数据存储领域，具体涉及一种具有连续数据保护功能的RAID5级别磁盘阵列的写性能优化方法。

背景技术

随着计算机技术和网络通信技术的发展，信息化程度越来越高，人们对数据可靠性和关键数据保护的要求也越来越高。磁盘阵列RAID(Redundant Array of Independent Disks)是可靠存储系统领域中的一个典型装置，磁盘阵列的工作原理与特征：RAID的基本结构特征就是组合(Striping)，捆绑2个或多个物理磁盘成组，形成一个单独的逻辑盘。连续数据保护CDP(Continuous Data Protection)是传统数据保护领域的一个重大突破，系统记录每次数据更新请求的相关信息，在灾难发生后可恢复到任意的数据备份时间点。

RAID结构已经被划分为几个标准，其中RAID5级别是无独立校验盘的奇偶校验磁盘阵列，采用奇偶校验来检查错误，校验信息分布在各个磁盘驱动器上，可以恢复任意单磁盘出错。RAID5磁盘阵列处理写请求时都要更新校验信息，通常采用有读改写(read modifywrite)或重构写(reconstruct write)方式处理。读改写方式是先读出写请求将覆盖的磁盘扇区内容，再计算校验信息，最后更新写请求数据块和校验信息到磁盘；重构写方式是先读出条带中除校验磁盘外没有被写请求覆盖的磁盘内容，再与写请求数据块计算校验，最后更新写请求数据块和校验信息到磁盘。

目前具有连续数据保护功能的磁盘阵列往往没有充分发挥磁盘阵列读写性能，美国发明专利US7730347B1提出的具有连续数据保护功能的磁盘阵列方案巧妙的将磁盘阵列写过程中产生的异或值压缩存储到备份盘，但其并没有充分利用磁盘阵列校验信息与连续数据保护所产生数据之间的关系，阵列的写性能也有一定的降低。

发明内容

本发明提出一种RAID5级别磁盘阵列的写性能优化方法，同时兼具连续数据保护功能，采用一种阵列与备份盘结合的架构，通过暂停校验位更新，使得RAID5的写性能得到提升尤其是在负载很大的时候作用更加明显，解决现有的RAID5级别磁盘阵列在负载较大时写性能不好的问题。

本发明的一种具有连续数据保护功能的RAID5级别磁盘阵列的写性能优化方法，包括存储系统构建、数据读写和磁盘失效后的数据恢复这三个具体步骤，其特征如下：

(1)存储系统构建

首先，在RAID5磁盘阵列结构外加一个备份盘，以保存RAID5磁盘阵列写请求数据块与将被写请求覆盖的原数据块通过异或计算的异或数据块。

其次，同时在内存中设置Hash表和备份数据缓冲区，其中，备份数据缓冲区存放异或数据块，Hash表用于记录写请求数据块对应的磁盘号、扇区号、请求时间以及异或数据块在备份数据缓冲区或备份盘中的索引信息。

一般情况下系统清空备份盘数据时应先恢复RAID5磁盘阵列校验信息到一致状态，同样，使用本发明方法前应确保RAID5磁盘阵列校验信息为一致状态。

对备份盘的写操作采取顺序追加的方式，写往备份盘的数据先累积在备份数据缓冲区中，待缓冲区填满之后再一次性写到备份盘上。

该存储系统中RAID5磁盘阵列固定采用读改写方式而非重构写方式处理写请求。

(2)数据读写

系统处理读请求的流程一般RAID5磁盘阵列相同，处理写请求时并不需要读取校验块、计算校验信息和更新校验块，其主要步骤如下：

(2.1)将上层发下来的写请求按照阵列结构进行分解，将针对各磁盘相同扇区的写请求用条带s组织起来，假设条带对应的扇区号为C(s)；

(2.2)记录当前时间为T(m)，m为系统内部时间。采用读改写方式，读出写请求数据块B_T(m+1)将覆盖磁盘位置的原数据块B_T(m)放入条带缓冲区；

(2.3)判断备份缓冲区是否满，如果缓冲区满，转步骤(2.4)，否则转步骤(2.5)；

(2.4)将备份缓冲区中的数据顺序写到备份盘上，更新Hash表中对应数据块条目的位置信息L为备份盘中该数据块的存放位置；

(2.5)计算写请求数据块B_T(m+1)与条带缓冲区中原数据块B_T(m)的异或数据块P_T(m+1)，即添加异或数据块到备份数据缓冲区中；