[发明专利]一种提高固态盘阵列性能和可靠性的方法及系统

说明书

本发明公开了一种提高固态盘阵列性能和可靠性的方法及系统，应用于计算机存储领域，包括：定义逻辑条带和物理条带，逻辑条带为传统磁盘阵列中的条带，物理条带由逻辑条带中写入数据的数据块和校验块组成；增加数据位图表，用于记录逻辑条带中写入数据的数据块和校验块；写请求处理和重构流程中处理的基本单位为物理条带，校验信息等于物理条带中的数据块的异或。本发明减少了写请求处理过程中预读操作的个数，跳过不在对应物理条带中失效数据块的数据恢复，可以提升固态盘阵列写性能和重构性能。本发明可用于RAID4和RAID5级别的固态盘阵列和磁盘阵列，适用于构建高可靠性、高性能和高容量的存储系统。

技术领域

本发明属于计算机存储技术领域，更具体地，涉及一种提高固态盘阵列性能和可靠性的方法及系统。

背景技术

由于受到机械特性的限制，磁盘的读写性能的提升远远跟不上处理器性能提升的速度。存储的速度成为了计算机系统的性能瓶颈。新型电子存储设备固态盘的出现缓解了这个性能问题。但是单个固态盘的容量远小于单个磁盘的容量。独立冗余磁盘阵列(Redundant Array of Independent Disks，RAID)技术把多块独立的物理硬盘按不同的方式组合起来形成一个大容量、高性能逻辑硬盘。RAID根据容错能力和数据布局的不同可以分为不同的阵列级别(RAID Levels)。RAID5是RAID Levels中最常用的一种级别。随着固态盘(Solid State Drives，SSD)价格的下降，国内外很多研究和存储厂商通过RAID技术，把多个固态盘组建成固态盘阵列(Redundant Array of Independent SSDs，RAIS)来提供大容量、高性能和高可靠的存储服务。

RAID5中每个条带由多个数据块和一个校验块组成，其中校验块是多个数据块的异或结果。当条带中某个或者某些数据块被更新时，对应的校验块也需要被更新。这里有两种方法计算新的校验块：重构写(Reconstruct Write，RCW)和读改写(Read Modify Write，RMW)。RCW是用需要更新的数据块的新值与不需要被更新数据块的值来计算新的校验块。RMW是用需要更新的数据块的旧值、新值和校验块的旧值来计算新的校验块。因此RCW需要读取条带中不需要更新的数据块，RMW需要读取条带中需要更新的数据块和校验块。RAID5控制器会选择RCW和RMW中读取数据块个数少的方法来计算新的校验块，两者相同时选择RCW方法。

固态盘有很多特性，其中有两个特性是擦后写和擦写单位不对称。擦后写特性是指固态盘中的块只有在被擦除之后才能进行写操作。固态盘中的擦除操作可以将固态盘一个块中的所有位(bits)变成1。固态盘的写操作只能将固态盘内一个页中的所有位(bits)变成0，但是不能由0变成1。擦写单位不对称是指擦除操作的基本单位是块，写操作的基本单位是页。固态盘中的块是由很多页组成。由于这两个特性，固态盘采用异地更新方式来写数据。有很多研究充分利用固态盘的特性来优化固态盘阵列的读写性能，但是很少研究专注于提升固态盘阵列的重构性能。

RAIS5是RAID5级别的固态盘阵列。传统RAID5相关的重构算法也可以使用到RAIS5中。当RAIS5中某个SSD失效时，传统重构算法会恢复其中被使用过的条带，跳过没有被使用的条带。假如一个失效的数据块没有被写入数据，而其对应的条带中其它数据块被写入了数据。传统的重构算法是需要对这个数据块进行恢复，因为它所在的条带是被使用过的条带。实际上我们可以跳过对该数据块进行恢复。而且该重构算法在创建阵列时需要将所有数据块和校验块初始化为0。对SSD全盘写入数据操作会严重影响其写性能及寿命。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种提高固态盘阵列性能和可靠性的方法及系统，由此解决传统重构算法存在的正常模式下固态盘阵列写性能较低以及降级模式下固态盘阵列的重构性能较低的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种提高固态盘阵列性能和可靠性的方法，包括：