磁盤陣列高容錯(cuò)模式及重構(gòu)技術(shù)研究.pdf

1、信息技術(shù)日益深入到人類生活的方方面面，社會(huì)日常運(yùn)轉(zhuǎn)越來(lái)越不能離開(kāi)各種信息化服務(wù)、應(yīng)用以及海量數(shù)據(jù)的支持，并持續(xù)推動(dòng)各種信息數(shù)據(jù)的容量和類型迅猛增長(zhǎng)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)種類、規(guī)模和性能不斷提升。因此計(jì)算機(jī)系統(tǒng)尤其是存儲(chǔ)系統(tǒng)的可用性越來(lái)越重要，同時(shí)也受到更多的關(guān)注。傳統(tǒng)上通過(guò)磁盤陣列來(lái)提升存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量、性能和可用性，其系統(tǒng)可用性由磁盤模型、系統(tǒng)規(guī)模、組織模式和重構(gòu)過(guò)程等因素所影響。在研究和分析現(xiàn)有高容錯(cuò)磁盤陣列研究的數(shù)據(jù)組織模式基礎(chǔ)之上，根據(jù)當(dāng)前

2、系統(tǒng)磁盤規(guī)模不斷增加的情況，設(shè)計(jì)新的信息數(shù)據(jù)組織模式優(yōu)化糾刪碼編碼機(jī)制并通過(guò)設(shè)計(jì)快速重構(gòu)方法來(lái)縮短平均修復(fù)時(shí)間，從而提高系統(tǒng)可用性，達(dá)到降低數(shù)據(jù)丟失的危險(xiǎn)，并提高服務(wù)質(zhì)量的目的，具有重要的研究意義和廣泛的應(yīng)用前景。
　　 引入新的編碼概念——“分條組”，并在此基礎(chǔ)之上提出了適用于組織大規(guī)模磁盤陣列的、能夠容忍雙盤同時(shí)失效的非最大可分編碼Code-M，以支持單盤或雙盤失效時(shí)的快速重構(gòu)。Code-M是一種最低密度編碼，通過(guò)在條帶中均

3、勻分布校驗(yàn)值，使得其擁有最低的小寫(xiě)開(kāi)銷。此外，Code-M 還具有較好的可伸縮性，基于不同的分條組構(gòu)造方式，其能夠支持多種不同的工作磁盤總數(shù)。量化評(píng)估結(jié)果表明，在固定用戶數(shù)據(jù)總量以及相同重構(gòu)帶寬的情況下，與具有相同磁盤總數(shù)（24 盤）的基于RDP編碼的磁盤陣列相比，其能夠?yàn)閱伪P失效重構(gòu)帶來(lái)2.69倍的加速比，并降低40.9％的雙盤失效重構(gòu)時(shí)間，而只需付出額外的16.7％的存儲(chǔ)空間代價(jià)。
　　 分析了基于奇偶校驗(yàn)的高容錯(cuò)陣列糾刪碼

4、的編碼特點(diǎn)，引入單盤失效情況下的重構(gòu)策略CRS（Cross Recovery Scheme），通過(guò)在同一個(gè)條帶中使用不同類型的校驗(yàn)鏈進(jìn)行解碼，以優(yōu)化單盤失效情況下重構(gòu)過(guò)程。其將部分重構(gòu)引起的讀工作流，轉(zhuǎn)換為少許的額外的解碼計(jì)算開(kāi)銷，并使得剩余的重構(gòu)工作流更加均勻的分布于所有磁盤之中，從而達(dá)到優(yōu)化整個(gè)重構(gòu)過(guò)程的目標(biāo)。通過(guò)分析可知，CRS能夠用于大多數(shù)的基于奇偶校驗(yàn)的高容錯(cuò)陣列糾刪碼之中。除了能夠有效減少重構(gòu)工作流之外，CRS還能降低部分與

5、解碼相關(guān)的用戶工作流。量化評(píng)估結(jié)果表明，將CRS 應(yīng)用于基于RDP編碼的磁盤陣列中，當(dāng)磁盤總數(shù)為12個(gè)時(shí)，能夠降低20.84％的讀寫(xiě)總開(kāi)銷與22.92％的總體讀開(kāi)銷；當(dāng)磁盤總數(shù)為4個(gè)時(shí)，能夠降低37.5％的單盤最大讀開(kāi)銷。
　　 提出了基于雙工作棧的高速緩存替換算法AD-LRU（Adaptive Dual-stack LRU），以提高高速緩存命中率，降低用戶工作流對(duì)重構(gòu)工作流的影響，達(dá)到優(yōu)化重構(gòu)的目的。提出棧效率（Stack E

6、fficiency）的概念，并以此為基礎(chǔ)分析了自適應(yīng)性棧長(zhǎng)度與棧效率的關(guān)系，提出了基于雙工作棧與單歷史棧的高速緩存替換算法AD-LRU。其利用新近訪問(wèn)棧（Recency Stack）吸收一部分被頻繁訪問(wèn)且訪問(wèn)間隔較小的頁(yè)面請(qǐng)求，以期待在不對(duì)頻繁訪問(wèn)棧效率產(chǎn)生較大影響的情況下，提高新近訪問(wèn)棧的效率，從而有效提高高速緩存的整體效率。通過(guò)兩種不同的工作流下的仿真結(jié)果表明，相比于現(xiàn)有的高速緩存替換算法，AD-LRU 總是具有更好的命中率。