樹結(jié)構(gòu)磁盤陣列組織策略及關鍵技術(shù)研究.pdf

1、數(shù)字化信息的爆炸性增長，對存儲系統(tǒng)的性能、擴展性和可用性等提出了較高的要求。磁盤陣列（Redundant Array of Independent Disk, RAID）作為存儲系統(tǒng)中的核心存儲設備，其以可靠性高、并行性好等優(yōu)點，從提出之日起就備受學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的關注。然而現(xiàn)有磁盤陣列所采用的集中式控制結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生性能瓶頸，且擴展性不好。高端企業(yè)級磁盤陣列往往采用專用的硬件部件，并通過高度冗余的結(jié)構(gòu)設計和定制的通道結(jié)構(gòu)來提高陣列的性能和

2、可靠性，但這些方法價格昂貴且升級困難。因此，探尋一種具有高性價比、高可靠、易擴展的大規(guī)模磁盤陣列組織方法，來應對飛速增長的存儲需求，已成為擺在研究者面前的重要課題。
　　 采用標準存儲單元構(gòu)建模塊化存儲系統(tǒng)是當前存儲系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，該方法具有性價比高和擴展性好等優(yōu)點，但現(xiàn)有模塊化存儲系統(tǒng)研究忽略了存儲單元之間的組織結(jié)構(gòu)，借鑒高性能計算領域中的拓撲結(jié)構(gòu)研究，并考慮到存儲系統(tǒng)I/O訪問自身的特點，提出了一種模塊化樹結(jié)構(gòu)互聯(lián)的分層磁盤

3、陣列結(jié)構(gòu)MT2RAID（Modular Tree-connected Multi-Tier RAID）。MT2RAID由標準的存儲系統(tǒng)單元組成，其中每個存儲單元包含CPU、內(nèi)存、磁盤和接口部件等，存儲單元之間通過胖樹結(jié)構(gòu)互聯(lián)通道進行連接。
　　 在MT2RAID結(jié)構(gòu)中，每個存儲單元都是一個獨立的存儲子系統(tǒng)，由于其由標準部件組成，只能提供有限的性能和可靠性，為了滿足系統(tǒng)不同性能和可靠性的要求，設計并實現(xiàn)了三種不同的數(shù)據(jù)分布方式，M

4、T2RAID-S采用無校驗塊交叉方式，MT2RAID-M采用分級鏡像方式，MT2RAID-P采用分級塊交叉奇偶校驗方式?？紤]到MT2RAID層次性結(jié)構(gòu)的特點，進而又采用層間寫日志方法和層間緩存方法來進一步優(yōu)化系統(tǒng)讀寫性能。
　　 與集中式磁盤陣列結(jié)構(gòu)相比，MT2RAID結(jié)構(gòu)在性價比和擴展性上具有很大優(yōu)勢，但MT2RAID結(jié)構(gòu)中每個存儲單元的資源有限。為了最大限度地提高MT2RAID結(jié)構(gòu)的性能，采用全局協(xié)作緩存管理方法，充分利用M

5、T2RAID結(jié)構(gòu)中其它存儲單元的空閑緩存資源，在不增加每個存儲單元內(nèi)存大小的情況下，提高MT2RAID結(jié)構(gòu)中緩存資源的利用率，減少磁盤I/O。同時，MT2RAID全局緩存空間大小也會隨著系統(tǒng)中存儲單元的增加而線性增長。
　　 MT2RAID作為一個由模塊化存儲單元構(gòu)成的大規(guī)模磁盤陣列結(jié)構(gòu)，其存儲空間管理是需要解決的另一個重要問題，隨著應用需求的增加，存儲系統(tǒng)應能提供靈活多變的存儲服務。MT2RAID通過內(nèi)部存儲虛擬化方法將各存儲

6、單元的存儲空間形成一個虛擬存儲池，進行統(tǒng)一管理，并根據(jù)外部應用需求進行動態(tài)分配，這種方式還有利于提高存儲單元中磁盤存儲空間的利用率。
　　 磁盤陣列、數(shù)據(jù)復制和和遠程鏡像等技術(shù)，可以在磁盤出現(xiàn)故障或站點失效時，對系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)提供有效的保護，但無法避免軟件缺陷、病毒攻擊和人為操作失誤等軟故障導致的數(shù)據(jù)丟失。結(jié)合MT2RAID結(jié)構(gòu)分層的特點，采用持續(xù)數(shù)據(jù)保護、快照和數(shù)據(jù)備份等技術(shù)構(gòu)成一個多級數(shù)據(jù)可恢復方法，在不同層提供不同的訪問性能

7、、數(shù)據(jù)可靠性和數(shù)據(jù)可恢復性。針對現(xiàn)有寫時拷貝快照和持續(xù)數(shù)據(jù)保護方法中寫操作開銷較大的缺點，提出多線程并發(fā)執(zhí)行和日志方式的優(yōu)化方法，分析及實驗結(jié)果表明，這些優(yōu)化方法可有效地提高快照和持續(xù)數(shù)據(jù)保護方法的性能。
　　 綠色節(jié)能是當前數(shù)據(jù)中心發(fā)展的趨勢，MT2RAID作為一種大規(guī)模磁盤存儲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其能量消耗也是需要關注的問題?，F(xiàn)有的基于磁盤中數(shù)據(jù)分布的節(jié)能方法，主要從提高數(shù)據(jù)命中率的角度出發(fā)，而忽略了訪問缺失對磁盤狀態(tài)的影響，進而影響