[发明专利]一种多盘容错的二维混合盘RAID4系统架构及其读写方法

说明书

技术领域

本发明属于存储技术领域，更具体地，涉及一种多盘容错的二维混合盘RAID4系统架构及其读写方法。

背景技术

独立冗余磁盘阵列（Redundant Access Independent Disk，简称RAID）技术已经作为一种成熟的技术广泛应用于数据存储中。RAID技术具有从RAID0到RAID6七种基本的RAID级别，不同的级别代表着不同的存储性能、数据安全性和存储成本。其中RAID4是在RAID3的基础上发展起来。如图1所示，在RAID4模式中，磁盘阵列包含N个存储数据的磁盘（简称数据盘）以及一个专门用于存储奇偶校验信息的磁盘（简称校验盘），它一条带（Datastriping）为基础，在把文件数据分块后写进一个数据盘的同时，对其它数据盘内与该数据块相同盘内位置的所有数据块计算出它们的奇偶校验值（XOR操作完成），最终形成一个由奇偶校验值组成的信息块，并将其写入校验盘，这被称为数据保护（Data guarding）。它只能容忍一个磁盘出现故障，如何提高磁盘阵列的容错能力是我们要解决的问题。另外，由于磁盘的每秒处理IO操作能力有限，新的读写请求必须等待旧的读写完成之后才能处理。也就是说对于RAID4系统而言，只能实现对数据盘读操作的并发，不能实现阵列写操作的并发。同时，为了有效解决大规模存储系统当多盘失效的时候，一维的RAID结构，只能容一盘错的情况。如何解决校验盘的瓶颈和多盘失效的问题，从而提高阵列的性能和阵列的可靠性是我们要解决的问题。此外，随着磁盘阵列在各个领域的中高低端的广泛应用，磁盘阵列的能耗也成为广泛关注的问题，如何降低阵列能耗同样是我们要解决的另一个问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种多盘容错的二维混合盘RAID4系统架构，本发明通过简化IO操作流程、建立将固态硬盘作为校验盘的二维混合盘RAID4体系架构，至少可以纠正3盘错误，并透明完成数据校验计算，同时大幅减少读写检验盘的IO操作数，有效消除校验盘的读写瓶颈，提高系统的性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种多盘容错的二维混合盘RAID4系统架构，包括RAID4控制器和盘阵，盘阵包括磁盘阵列和作为校验盘的固态硬盘，磁盘阵列和固态硬盘组成二维阵列结构，固态硬盘的控制器中增设缓存模块以及异或模块，缓存模块用于数据的缓冲，异或模块是在固态硬盘中的现场可编程逻辑门阵列中实现，用于处理RAID4校验数据的计算。

本发明还提供了一种多盘容错的二维混合盘RAID4系统架构的读操作方法，包括以下步骤：

（1）步骤701，RAID控制器核心模块的处理线程首先从SCSI命令队列中取出读请求；

（2）步骤702，对该读请求的读地址空间按照行优先原则，对条带进行拆分，属于同一个读请求的条带用队列管理起来；

（3）步骤703，RAID控制器的处理线程为每一个条带构造一个目标端和缓存模块之间通信的读命令，并且将命令发送到缓存模块；

（4）步骤704，接收读数据条带1、数据条带2、数据条带3的命令，分别从数据盘1，数据盘2，数据盘3中读出条带1、条带2、条带3，并将条带数据缓冲在缓存模块中；

（5）步骤705，通过DMA对主机端进行传输。

本发明还提供了一种多盘容错的二维混合盘RAID4系统架构的写操作方法，包括以下步骤：

（1）步骤801，RAID控制器核心模块的处理线程首先从SCSI命令队列取出该写命令；

（2）步骤802，对该写命令的读地址空间按照条带进行拆分，属于同一个写命令的纵向条带和横向条带分别用队列管理起来；

（3）步骤803，RAID控制器的处理线程为每一个条带构造一个目标端和缓存模块之间通信的写命令，并且将命令发送到缓存模块；

（4）步骤804，为RAID4系统中的特殊固态硬盘新增自定义命令“异或写”；

（5）步骤805，在异或模块中进行异或运算（其中数据P为原始的校验数据），得到新的校验数据条带P’；

（6）步骤806，再将条带P’写入作为校验盘的固态硬盘中，同时将条带1’写入相应的数据盘中。

步骤（4）中，对于写操作，是采用新数据和老数据在校验盘的内部逻辑进行异或之后产生的数据进行写入。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：

1、由于采用了二维阵列结构，有效的解决了多盘失效的问题，显著地提高了RAID4系统的可靠性。