[发明专利]一种基于磁盘I/O队列的磁盘阵列写方式选择方法

说明书

本发明公开了一种基于磁盘I/O队列的磁盘阵列写方式选择方法，特征是包括设计存储结构、计算预读请求个数、写方式选择策略和维护存储结构；在处理写请求和更新校验块时，根据下层磁盘上的I/O队列中的读请求个数和写请求个数计算最大磁盘I/O队列预算延迟，抉择写方式。与传统的磁盘阵列写方式选择相比，在保证系统可以承受的负载下避免了某一磁盘负载过多，而其他磁盘比较空闲的这种情况，增强了磁盘阵列的并行性，缩短了请求的平均响应时间，并提高了系统的带宽。

技术领域

本发明属于计算机磁盘阵列技术领域，具体涉及通过磁盘输入/输出(I/O)队列实现高效磁盘阵列写方式选择方法。

背景技术

美国计算机协会出版的《1988年ACM SIGMOD国际会议上的数据管理的会议记录》(Proceedings of the 1988 ACM SIGMOD international conference on Management ofdata，1988年第1版，第109～116页)所介绍的磁盘阵列(A Case for Redundant Arrays ofInexpensive Disks(RAID))充分利用每个磁盘的并行性，并引进校验块(parity)保证数据的安全性。在实现RAID技术的Linux操作系统内核中，对每一个条带上的写方式有两种选择，分别是“读-改-写”(read-modify-write)方式和“读-重构-写”(read-construct-write)方式。自Linux 2.6版本发行以来，对RAID中写方式的选择一直都是采用产生最少磁盘请求的写方式，这种方法没有考虑到磁盘上的具体请求状态，因此可能会造成某一块磁盘负载过多，而其他磁盘比较空闲的情况，降低阵列的并行性，产生较高的响应延迟和降低系统的带宽。

发明内容

本发明的目的是提出一种磁盘阵列写方式选择方法，以克服现有技术的上述缺陷，在保证低开销的情况下，增强阵列的并行性，缩短请求的平均响应时间，提高系统的带宽。

本发明基于磁盘I/O队列的磁盘阵列写方式选择方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步：设计存储结构

采用一组结构来存放磁盘阵列中每个磁盘I/O队列中读请求个数和写请求个数，其中，磁盘数为N的磁盘阵列中，包含N个条目存放磁盘I/O队列中读请求个数，N个条目存放磁盘I/O队列写请求个数，每个条目占用4字节；

第二步：计算预读请求个数

当写请求的数目不足以构建一个新的条带时，计算新的校验位：将写请求所属条带中的数据块从外存设备读取到内存中进行异或运算生成新的校验块，结合内存中已有条带中数据块的个数，统计需要读取的数据块的个数，即预读请求个数；分别计算“读-改-写”方式产生的预读请求个数Num_rmw和“读-重构-写”方式产生的预读请求个数Num_rcw；

第三步：写方式选择策略

设定一个范围为[0,N]的阀值T表示每次进行写方式选择所造成的额外负载上限；

如果“读-改-写”方式产生的预读请求个数减去“读-重构-写”方式产生的预读请求个数的差值大于T，则选用“读-重构-写”方式；

如果“读-重构-写”方式产生的预读请求个数减去“读-改-写”方式产生的预读请求个数的差值大于T，则选用“读-改-写”方式；

如果“读-改-写”方式产生的预读请求个数减去“读-重构-写”方式产生的预读请求个数的绝对值小于等于T，则按写方式分别计算相关磁盘I/O队列预算延迟：读请求个数+写请求个数×磁盘的写延迟/读延迟；计算采用“读-改-写”方式需要读取的每个磁盘I/O队列的预算延迟，从中选取最大磁盘I/O队列预算延迟Max_rmw；再计算采用“读-重构-写”方式需要读取的每个磁盘I/O队列的预算延迟，从中选取最大磁盘I/O队列预算延迟Max_rcw；