磁盤存儲系統(tǒng)可靠性技術研究.pdf

1、數(shù)字信息的爆炸性增長、大數(shù)量的用戶群和種類繁多的多媒體應用導致了人們對海量信息存儲系統(tǒng)的需求。大量的用戶和數(shù)據(jù)對于數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的需求各有不同，有些用戶和應用需要提供更高的數(shù)據(jù)可靠性，有些用戶和應用則需要存儲系統(tǒng)提供更快的訪問時間，類似這樣的需求使得存儲系統(tǒng)面臨著管理大量不同類型數(shù)據(jù)的壓力，而且要求存儲系統(tǒng)具備極高的可用性。此外，由于海量信息存儲系統(tǒng)規(guī)模的增長，使得企業(yè)在能耗、散熱管理以及機房空間管理等方面也承受了巨大的壓力。在當今存儲系

2、統(tǒng)中，由于磁盤是構成海量存儲系統(tǒng)不可或缺的存儲介質(zhì)，因此，如何構造一個高可靠、高性能、低能耗、適合不同應用的磁盤存儲系統(tǒng)就成為了一個重要的任務。本研究主要內(nèi)容包括：
　　 ⑴磁盤掃描檢測操作最重要的作用就是盡早發(fā)現(xiàn)磁盤上潛在扇區(qū)錯誤。對磁盤的掃描檢測越頻繁，磁盤的可靠性越高。掃描一個磁盤需要花費一定的時間，在這個時間內(nèi)，會降低磁盤的性能。從性能方面考慮，需要盡可能減少磁盤掃描頻率。因此，如何選擇掃描頻率成了系統(tǒng)管理者的一個難題。

3、提出了一種新的掃描方案來解決這個難題。在該方案中，最優(yōu)的掃描頻率由數(shù)據(jù)丟失代價、掃描頻率、磁盤失效率、磁盤潛在扇區(qū)失效率以及RAID的修復率這幾者來決定。相比每個月對磁盤進行一次掃描檢測操作方案，研究結果顯示，從磁盤開始運行到17520個小時時，最優(yōu)磁盤掃描檢測方案的最大開銷降幅達到了73.3％；在各種磁盤掃描檢測方案中，本方案的可靠性也最高。
　　 ⑵如今，大規(guī)模存儲系統(tǒng)中，由于數(shù)據(jù)的增長，經(jīng)常需要增加新的設備；另外，由于大量

4、存儲設備的存在，使得幾乎每天都會有存儲設備發(fā)生故障，因此，在采用磁盤陣列作為存儲設備的存儲系統(tǒng)中，系統(tǒng)擴容和數(shù)據(jù)重建比較常見。系統(tǒng)擴容和數(shù)據(jù)重建過程對前端應用的性能影響很大。為了保障前端應用的性能，提出了一種基于灰色預測理論的方案（Seesaw）來保障前端應用的性能。在該方案中，首先監(jiān)控前端應用的I/O 請求規(guī)律，然后預測前端應用在接下來的時間段內(nèi)的帶寬需求，在盡量滿足前端應用帶寬需求的前提下，利用剩余的帶寬能力來服務磁盤陣列的擴容和重

5、建請求。實驗顯示，所提方案對于Financial1，相比沒有采取本方案時，前端應用平均請求響應時間與磁盤陣列處于重建時期相比有明顯提升。
　　 ⑶隨著海量數(shù)據(jù)中心規(guī)模的增加，由潛在扇區(qū)錯誤導致的數(shù)據(jù)丟失情況越來越常見。為了防止單盤內(nèi)由潛在扇區(qū)錯誤導致的數(shù)據(jù)丟失，現(xiàn)有的做法一是采用磁盤內(nèi)掃描檢測技術，二是采用磁盤內(nèi)扇區(qū)間編碼方案。磁盤內(nèi)扇區(qū)間編碼方案以降低磁盤性能為代價來獲得更高的可靠性。該方案并不適合于高性能高可靠性要求的應用環(huán)

6、境。由于頻繁訪問的數(shù)據(jù)區(qū)域更可能會發(fā)生潛在扇區(qū)錯誤，提出了一種利用冗余熱點數(shù)據(jù)的方法來提高磁盤的性能和可靠性方案。該方案利用副本技術來提高磁盤的可靠性，利用磁頭預測定位算法來選擇離磁頭最近的副本數(shù)據(jù)進行訪問來提高性能。理論分析結果顯示，該方案大大降低了磁盤發(fā)生潛在扇區(qū)錯誤導致的數(shù)據(jù)丟失的概率。
　　 ⑷性能測試實驗結果顯示，采用該方案時，磁盤的訪問時間會降低20％左右。在采用Shamir 門限方案的歸檔存儲系統(tǒng)中，將需要存儲的數(shù)

7、據(jù)進行分割存放，在恢復原始數(shù)據(jù)時則只需要分割后的一部分數(shù)據(jù)即可恢復。在一個（k，n）門限方案中，只需要任何k 份數(shù)據(jù)即可恢復出原始數(shù)據(jù)。構建了一個節(jié)能的歸檔存儲系統(tǒng)GreenArc。GreenArc 利用門限方案對所存儲的數(shù)據(jù)在各個存儲節(jié)點之間進行分發(fā)，存儲節(jié)點在獲取分發(fā)的數(shù)據(jù)后，選擇其中k個存儲節(jié)點保持服務狀態(tài)，而其他n-k個存儲節(jié)點保持待機狀態(tài)，使得歸檔存儲系統(tǒng)最大化的節(jié)約能耗。實驗表明，在同一門限方案下，系統(tǒng)負載越輕，采用Gree