[发明专利]一种垂直型分组并行集中校验的磁盘阵列的构建方法

摘要

本发明涉及一种垂直型分组并行集中校验的磁盘阵列的构建方法，适用于连续数据存储，属于独立磁盘冗余阵列技术领域。本发明针对连续数据存储的特点，设计实现一种垂直型分组并行集中校验的磁盘阵列SVE-RAID4，主要包括：存储数据在SVE-RAID 4上的布局、存储数据的读写、校验数据的生成方式、写数据时的数据缓冲与预读优化、磁盘工作状态转换调度等。磁盘阵列SVE-RAID 4不但具有良好的冗余数据保护机制，而且能显著降低功耗，延长使用寿命。

主权项

1.一种垂直型分组并行集中校验的磁盘阵列的构建方法，垂直型分组并行集中校验的磁盘阵列，简称为磁盘阵列SVE-RAID 4；其特征在于：应用于磁盘阵列包含N个磁盘的场景中，其中N≥3且N为正整数；N个磁盘中，1个磁盘为校验盘，其余N-1个磁盘为数据盘；将N个磁盘构造成1行×N列的磁盘矩阵；对全部磁盘进行条带划分，分成m个条带并为每个条带编号，其中m≥1且m为正整数；每个条带在数据盘上的分块称为数据块，每个条带在校验盘上的分块称为校验块；所述校验块由该校验块所在条带中的N-1个数据块通过异或运算得出；为了提高连续存储带宽，并获得不同的连续存储带宽，以满足不同存储速率的需求，将每个条带上的N-1个数据块平均分成p组，p≥2且p为正整数，每组包含q个数据块，q≥1且q为正整数，q值根据实际存储任务对连续带宽的需求确定；并满足以下关系：N-1＝p×q；每个数据块分成K个大小相等的数据子块，K≥2且K为正整数，然后按照组号顺序依次为全部数据子块编号，组号相同的数据子块，按照条带顺序编号；即：第一条带第1组的第1个数据块中第1个数据子块编号为1；为第一条带中第1组的第2个数据块中第1个数据子块编号为2；……；为第一条带中第1组的第q个数据块中第1个数据子块编号为q；然后为第一条带中第1组的第1个数据块中第2个数据子块编号为q+1；为第一条带第1组的第2个数据块中第2个数据子块编号为q+2；……；为第一条带中第1组的第q个数据块中第2个数据子块编号为2×q；……；以此类推，为第一条带中第1组的第1个数据块中第K个数据子块编号为(K-1)×q+1；为第一条带第1组的第2个数据块中第K个数据子块编号为(K-1)×q+2；……；为第一条带中第1组的第q个数据块中第K个数据子块编号为K×q；然后为第二条带第1组的第1个数据块中第1个数据子块编号为K×q+1；为第二条带第1组的第2个数据块中第1个数据子块编号为K×q+2；……；为第二条带第1组的第q个数据块中第1个数据子块编号为(K+1)×q；然后为第二条带第1组的第1个数据块中第2个数据子块编号为(K+1)×q+1；为第二条带第1组的第2个数据块中第2个数据子块编号为(K+1)×q+2；……；为第二条带第1组的第q个数据块中第2个数据子块编号为(K+2)×q；……；以此类推，为第二条带第1组的第1个数据块中第K个数据子块编号为2×K×q-q+1；为第二条带第1组的第2个数据块中第K个数据子块编号为2×K×q-q+2；……；为第二条带第1组的第q个数据块中第K个数据子块编号为2×K×q；然后为第m条带第1组的第1个数据块中第1个数据子块编号为(m-1)×K×q+1；为第m条带第1组的第2个数据块中第1个数据子块编号为(m-1)×K×q+2；……；为第m条带第1组的第q个数据块中第1个数据子块编号为(m-1)×K×q+q；然后为第m条带第1组的第1个数据块中第2个数据子块编号为(m-1)×K×q+q+1；为第m条带第1组的第2个数据块中第2个数据子块编号为(m-1)×K×q+q+2；……；为第m条带第1组的第q个数据块中第2个数据子块编号为(m-1)×K×q+q×2；……；以此类推，为第m条带第1组的第1个数据块中第K个数据子块编号为m×K×q-q+1；为第m条带第1组的第2个数据块中第K个数据子块编号为m×K×q-q+2；……；为第m条带第1组的第q个数据块中第K个数据子块编号为m×K×q；以此类推，按照相同的编号原则，为每一条带的第2组，每一条带的第3组，……，每一条带的第p组数据子块进行编号，编号相邻的数据子块，逻辑地址相邻；第m条带与第一条带中序号相邻的组，逻辑地址相邻；将逻辑地址相邻的组称为相邻组；校验块按照条带顺序依次编号为1～m；将每个校验块分成K个大小相等的校验子块，所述校验子块由所在条带中偏移位置相同的N-1个数据子块异或运算而得，这样的N-1个数据子块及其异或生成的校验子块组成一个校验条；上述布局方式，可并行访问组内的q个数据盘，又使存储任务分布在一组内，其余p-1组数据盘没有任务，这样便于调度没有任务的磁盘进入到停止状态，以达到节能和降低磁盘损耗的目的；所述方法进一步包括：控制磁盘工作状态的方法；磁盘工作状态包括：停止、运行、就绪三种状态；磁盘停止状态时，磁盘转轴停止旋转、磁头停止寻道；磁盘运行状态时，磁盘正在执行读写操作，包括转轴旋转、磁头寻道；磁盘就绪状态时，表示将要被读写，此时磁盘转轴旋转、磁头不寻道根据磁盘阵列SVE-RAID 4的数据排布方式，可以确定每个条带内第r(1≤r≤p)组内的q个数据块所在的磁盘为：r×q-q+1到r×q；进行连续写操作时，绝大部分时间里，只有一组数据盘和1个校验盘处于运行状态，可以调度没有任务的磁盘进入停止态，以达到节能的目的；进行连续写操作时磁盘工作状态转换调度策略具体为：为各条带中序号相同的组设置一个信号量，用Sem i表示，1≤i≤p，设置信号量Sem i的初始值均为0；第1步：根据访问数据的逻辑地址，用LBA表示，由公式1计算出该访问数据所在的组号，用r表示，r为正整数，以及所在条带，用m′表示，0≤m′≤m，m′为正整数：其中，组大小表示组内各数据块大小之和，MOD表示模运算，加1表示r值从1开始计数；根据组号r、条带号m′确定第m′条带第r组内被访问的q个数据盘r×q-q+1到r×q，如果处于停止状态，则调度这q个数据盘由停止状态转到就绪状态；r用来记录记录当前访问组的组号；m′用来记录记录当前访问组所属的条带号；第2步：当第m′条带第r组所属q个数据盘处于就绪状态时，开始向这q个数据盘写数据，进行写数据操作的q个数据盘由就绪状态转为运行状态；第3步：如果本次访问在该组内结束，则在本次访问结束后，将第m′条带第r组所属的数据盘由运行状态转为就绪状态，然后退出本次调度；否则，在访问第m′条带第r组所属数据盘结束前t时刻，判断第m′条带第r组的相邻组所属数据盘的状态，用M表示第m′条带第r组的相邻组所属的条带编号，用r′表示第m′条带第r组的相邻组的组编号：若处于停止状态，则将第M条带第r′组所属的数据盘由停止状态转为就绪状态，其中t为磁盘由停止状态转为就绪状态所需要的时间，若处于运行状态，则组r′的信号量Sem r′加1；在第m′条带第r组访问结束后，r组的信号量Sem r减1，如果Sem r＜0，则将第m′条带第r组所属数据盘由运行状态转为停止状态，重新设置Sem r为0；如果Sem r≥0，则将第m′条带第r组所属数据盘由运行状态转为就绪状态；第4步：把记录当前访问所在条带序号的m′值更新为M，将记录当前访问所在组序号的r的值更新为r′，重复执行第2步到第4步；进行连续读操作时，也基本只有一组数据盘和1个校验盘处于运行状态，磁盘工作状态转换调度策与连续写操作相同。