[发明专利]用于分级存储管理系统的转换廉价磁盘冗余阵列

说明书

本发明一般涉及数字数据存储系统，特别涉及对通常被称为“廉价磁盘冗余阵列(RAID)”的独立存储设备冗余阵列的管理。

现代计算机系统的扩充数据存储需要大容量的海量数据存储设备。常用的存储设备是旋转式磁硬盘驱动器，其包括多个组成部分的复杂机械结构容易导致发生故障。一个典型的计算机系统包含多个这样的单元。一个存储单元的故障对系统来说是一个极具破坏性的事件。很多系统直到损坏的单元被修复或替换以及丢失的数据被恢复之后才能运行。

随着计算机系统变得更大、速度更快和更可靠，对存储设备的存储容量、速度和可靠性的需求也相应增加。简单叠加存储单元以增加存储容量将导致任一单元出现故障的概率相应增加。另一方面，只增大现有单元的大小而没有其它任何改进将导致速度的降低并对提高可靠性无益。

最近已考虑到用以提供数据冗余性等级的直接存取存储设备阵列。这种阵列通常被称为“RAID”(独立(或廉价)磁盘的冗余阵列)。在由Patterson、Gibson和Katz于1988年6月在ACM SIGMOD会议上发表的题为“A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks(RAID)”的文章中，已经对提供不同形式的冗余性的各种类型的RAID进行了描述。Patterson等人分出了五种类型的RAID，其等级被分别指定为1到5。Patterson命名法已成为一种工业标准。

RAID的最初原理是用多个相对价廉的、小的磁盘驱动器来提供一个价格昂贵的大的磁盘驱动器的容量。而且较小的驱动器速度较快，因为它们能够同时读或写(“存取”)数据。另外，由于小驱动器的成本很低，所以可以还包括附加的(冗余)磁盘驱动器，从而结合特定的存储管理技术，当存储在一个小驱动器上的数据出现故障时，该磁盘驱动器允许系统恢复该数据。这样，RAID就能够允许增加后的容量、性能和可靠性。随着RAID在市场上得到认可，其使用并不仅限于小容量的驱动器，现在的RAID系统被配置以各种容量的驱动器。而且，RAID系统可由其它类型的存储设备构成，如光盘驱动器、磁带驱动器、软盘驱动器等。如这里所用，术语“RAID”和“RAID系统”不限于任何特定类型的存储设备。

利用Patterson命名法，RAID等级1为一种镜像配置。按照RAID-1存储器结构，每个数据单元被存储在位于一个阵列中的两个独立存储设备上。因此，如果一个设备发生故障，能够从第二设备上恢复数据。图1示出了按照RAID-1存储器结构存储的数据。如图1所示，存在设备1上的信息(A，B，C，D)镜像于设备2中(A′，B′，C′，D′)。同样地，存在设备3上的信息(E，F，G，H)镜像于设备4中(E′，F′，G′，H′)，而存在设备5上的信息(I，J，K，L)镜像于设备6中(I′，J′，K′，L′)。

根据Patterson的命名法，RAID等级3及更高等级(RAID-3，RAID-4，RAID-5)将奇偶性记录用于数据冗余性。通过将存储在该阵列中不同存储单元的一个特定位置上的所有数据记录进行异或运算而得到奇偶性记录。换言之，在一个由N个存储单元构成的阵列中，位于一个存储单元上的一个特定位置的数据块中的每一位与其它(N-1)个存储单元中该位置上的每一位进行异或以生成一个由奇偶校验位构成的数据块；然后将该奇偶性数据块存储在剩余的(第N个)存储单元的该位置上。如果阵列中的任何存储单元发生故障，能够通过对位于剩余设备的同一位置上的数据块及其相应的奇偶性数据块进行异或而重新生成位于故障单元上任何位置处的数据。

在RAID-3中，不同磁盘驱动器上的所有读/写致动器一致动作以访问位于每个驱动器的同一位置上的数据。RAID-4和RAID-5的特征还在于独立地操作磁盘驱动器单元中的读/写致动器。换言之，一个磁盘驱动器单元上的每个读/写头可以自由存取磁盘任何位置上的数据，而与阵列中其它单元正在访问数据的位置无关。