一種消除局部并行中小寫操作的集中校驗式盤陣列的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種消除局部并行中小寫操作的集中校驗式盤陣列，適用于連續(xù)數(shù)據(jù)存儲，屬于獨立硬盤冗余陣列技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明針對連續(xù)數(shù)據(jù)存儲的特點，設(shè)計實現(xiàn)一種可消除局部并行中小寫操作的單盤容錯集中校驗式硬盤陣列Ripple?RAID 4，主要包括：存儲數(shù)據(jù)在Ripple?RAID 4上的布局方式、基于流水技術(shù)漸進生成校驗的寫操作方法、數(shù)據(jù)容錯等內(nèi)容。硬盤陣列Ripple?RAID 4在單盤容錯條件下，既保持了局部并行的節(jié)能性，又解決了局部并行帶來的小寫問題，能夠極大提高寫性能和整體性能，具有突出的節(jié)能效率。
【專利說明】
一種消除局部并行中小寫操作的集中校驗式盤陣列
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種消除局部并行中小寫操作的集中校驗式盤陣列，適用于連續(xù)數(shù)據(jù) 存儲，屬于獨立硬盤冗余陣列技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 硬盤包括磁盤和固態(tài)盤(Solid State Disk，SSD)，由于磁盤是海量數(shù)據(jù)存儲的主 體，因此這里的硬盤主要指磁盤。
[0003] 為了提高存儲數(shù)據(jù)的安全性，改善存儲系統(tǒng)的輸入、輸出性能，人們設(shè)計了各種類 型的獨立硬盤冗余陣列（Redundant Arrays of Independent Disks JAIDhRAID技術(shù)使用 特定的硬件或軟件，把多個物理存儲設(shè)備如磁盤、SSD聯(lián)合起來，形成一個統(tǒng)一的邏輯存儲 設(shè)備。
[0004] RAID中常用的技術(shù)術(shù)語如下：
[0005] 條帶：磁盤陣列中不同盤上的位置相關(guān)的分塊的集合，是組織不同盤上條塊的單 位。
[0006] 條帶化:把一段連續(xù)數(shù)據(jù)分割成相同大小的數(shù)據(jù)塊，把每塊數(shù)據(jù)分別寫入到磁盤 陣列的不同盤上的方法。
[0007] 鏡像:把原數(shù)據(jù)復(fù)制到一個或更多盤上。
[0008] 容錯:利用某種運算，如異或運算，生成冗余的校驗數(shù)據(jù)并保存。當(dāng)硬盤出現(xiàn)故障 丟失數(shù)據(jù)時，可利用校驗數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)恢復(fù)。異或運算通常用" "表示。
[0009] 單盤容錯:利用校驗數(shù)據(jù)和其它盤上的數(shù)據(jù)，可恢復(fù)RAID中任意一塊故障盤上的 數(shù)據(jù)。
[0010] 分布校驗:校驗數(shù)據(jù)按一定規(guī)律分布在構(gòu)成RAID的各個盤上。
[0011]局部并行：陣列中僅部分硬盤并行，而不是全部硬盤并行，能夠提供合適的性能， 并且便于調(diào)度其余硬盤待機節(jié)能。
[0012] RAID中的寫操作分3種情況:①寫數(shù)據(jù)恰好與RAID中的整個條帶對齊，稱為完全 寫;②寫數(shù)據(jù)不能覆蓋整個條帶，但不少于整個條帶的1/2時，稱為重構(gòu)寫;③寫數(shù)據(jù)不足整 個條帶1/2時，稱為小寫，也叫"讀-改-寫"，寫新數(shù)據(jù)時需要先讀取對應(yīng)的舊數(shù)據(jù)、舊校驗數(shù) 據(jù)，與新數(shù)據(jù)一起生成新校驗數(shù)據(jù)后，再寫入新校驗數(shù)據(jù)。
[0013] 常用的RAID有RAID0、RAID1、RAID5等。其中RAID0不具有冗余校驗?zāi)芰?，RAID1只 對硬盤做鏡像。RAID5以條帶的方式向陣列中的硬盤寫數(shù)據(jù)，校驗數(shù)據(jù)分布存儲在陣列中的 各個盤上，通過全局并行提高訪問速度和保證讀寫并發(fā)性，具有單盤容錯能力。
[0014]然而，視頻監(jiān)控、備份、歸檔等連續(xù)數(shù)據(jù)存儲應(yīng)用，以順序數(shù)據(jù)訪問為主，對隨機性 能要求較低，不需要全局并行提供的高性能。為此，發(fā)明專利ZL201010256899.5、 ZL201010256665.0、ZL201010256711.7、ZL201010256908.0、ZL201010256679.2、 ZL201010256699.X、ZL201010575578.1、ZL201010575625.2、ZL201010575611.0等提出多種 局部并行數(shù)據(jù)布局，把采用該類局部并行數(shù)據(jù)布局的節(jié)能RAID統(tǒng)稱為S-RAID。
[0015] S-RAID基本思想是:①把陣列中的存儲區(qū)分成若干組，組內(nèi)并行以提供合適的性 能，分組便于調(diào)度部分硬盤運行而其余硬盤待機節(jié)能;②采用貪婪編址法，在順序訪問模式 下，保證讀寫操作在較長時間內(nèi)分布在部分確定的硬盤上，其它硬盤可以長時間待機節(jié)能。
[0016] S-RAID基本執(zhí)行小寫操作，原因如下：局部并行節(jié)能的核心是把讀寫操作集中在 部分并行工作的硬盤上，從而調(diào)度其它硬盤待機節(jié)能。小寫可有效減少活動硬盤的數(shù)量，即 使有機會執(zhí)行重構(gòu)寫，也依然會執(zhí)行小寫，因為重構(gòu)寫需要啟動所有硬盤，會使S-RAID喪失 節(jié)能性。小寫中寫操作引入了等量的、額外的讀操作，因此嚴(yán)重降低寫性能。
[0017] S-RAID主要面向視頻監(jiān)控、備份、歸檔等連續(xù)數(shù)據(jù)存儲應(yīng)用，該類應(yīng)用以寫操作為 主，這導(dǎo)致S-RAID的小寫問題異常突出。小寫使S-RAID中單位硬盤的有效寫帶寬，極限值 (100%順序?qū)憰r)不到其最大寫帶寬的一半。為了提供額定的寫性能，S-RAID必須運行更多 硬盤彌補小寫帶來的性能損失，會消耗更多能量，其節(jié)能效率亟待提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)存在的不足，在提高存儲系統(tǒng)節(jié)能效率、改善存儲 性能的前提下，提出一種消除局部并行中小寫操作的集中校驗式盤陣列。所述消除局部并 行中小寫操作的集中校驗式盤陣列，記作Ripple-RAID 4。
[0019] 本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0020] 本發(fā)明提出的一種消除局部并行中小寫操作的集中校驗式盤陣列，實現(xiàn)主要包括 數(shù)據(jù)布局、寫操作方法、數(shù)據(jù)容錯等3方面內(nèi)容，其中寫操作方法又包括地址映射、異地數(shù)據(jù) 更新、基于流水技術(shù)漸進生成校驗。
[0021] 1數(shù)據(jù)布局
[0022] 硬盤陣列Ripple-RAID 4包含N塊硬盤，N彡3且為整數(shù)，其中1塊盤為校驗盤，其余 N-1塊盤為數(shù)據(jù)盤。每塊硬盤平均分成kXN+1個存儲塊，k為大于0的整數(shù)(一般在1到幾十范 圍內(nèi)取值），各盤中偏移量相同的N個存儲塊組成一個條帶，共組成k X N+1個條帶。任取其中 一個條帶作為影子條帶，其余為基本條帶。每個基本條帶包含1個校驗存儲塊（簡稱校驗 塊），位于校驗盤，N-1個數(shù)據(jù)存儲塊(簡稱數(shù)據(jù)塊），分別位于N-1塊數(shù)據(jù)盤。
[0023] 每個數(shù)據(jù)塊、校驗塊進一步劃分為M個大小相等的子塊，每個子塊包含若干個地址 連續(xù)的扇區(qū)，分別稱為數(shù)據(jù)子塊(記作Strip)和校驗子塊(記作PStrip)。每個基本條帶中偏 移量相同的子塊組成一個子條帶(記作Stripe)，這樣每個基本條帶中包含M個大小相同的 子條帶。子條帶Stripe m的校驗子塊PStrip m由其N-1個數(shù)據(jù)子塊Strip m異或生成，見式 ⑴。
(1)
[0025]為了提供合適的性能，把N-1個數(shù)據(jù)盤按順序分成P組，每組包含Q個數(shù)據(jù)盤(P、Q為 大于〇的整數(shù)，且滿足PXQ = N_1，Q值根據(jù)實際存儲帶寬需求確定），這樣每個子條帶中的數(shù) 據(jù)子塊也被分成P組，每組包含Q個數(shù)據(jù)子塊，子條帶內(nèi)僅組內(nèi)的Q個數(shù)據(jù)子塊提供并行性， 不是全部數(shù)據(jù)子塊提供并行性。
[0026] Ripple-RAID 4采用適度貪婪的地址分配策略，從基本條帶0內(nèi)、組0內(nèi)的首個數(shù)據(jù) 子塊開始，按如下規(guī)則編址:①編號相鄰數(shù)據(jù)盤在同一組內(nèi)、同一子條帶內(nèi)的數(shù)據(jù)子塊的地 址相鄰;②同一基本條帶內(nèi)，編號相鄰的兩個子條帶，前一個在組內(nèi)的末尾數(shù)據(jù)子塊，與后 一個在該組內(nèi)的起始數(shù)據(jù)子塊的地址相鄰;③同一基本條帶內(nèi)，編號相鄰的組的地址相鄰； ④編號相鄰的基本條帶的地址相鄰。（注:上述基本條帶、組、數(shù)據(jù)盤均從0開始編號）
[0027] Ripple-RAID 4僅對基本條帶進行編址，影子條帶不參與編址，僅供Ripple-RAID 4內(nèi)部使用，對上層應(yīng)用是透明的，其功能在寫操作方法中會詳細(xì)介紹。上述數(shù)據(jù)布局方式， 既具有局部并行的節(jié)能性，又通過引入特殊功能的影子條帶，同時具有解決局部并行中小 寫問題的基本條件。
[0028] 2寫操作方法
[0029] Ripple-RAID 4的寫操作，綜合運用了地址映射、異地數(shù)據(jù)更新、漸進式生成校驗 等方法，生成校驗數(shù)據(jù)時不需讀取舊數(shù)據(jù);進一步采用流水技術(shù)讀取已有校驗(與舊校驗 不同）、寫入新校驗時，可有效解決局部并行帶來的小寫問題。此外，地址映射把非順序?qū)戅D(zhuǎn) 換為順序?qū)懀蛇M一步提升Ripple-RAID 4的寫性能。
[0030] 2.1地址映射
[0031]上層應(yīng)用程序發(fā)來的讀寫請求地址，稱為虛擬地址;數(shù)據(jù)在Ripple-RAID 4存儲空 間內(nèi)的存儲地址(Ripple-RAID 4在RAID級的編址，不包括影子條帶），稱為物理地址。地址 映射實現(xiàn)虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)換:把非連續(xù)(可能部分連續(xù))的虛擬地址映射為連續(xù)的 物理地址，并記錄映射關(guān)系到地址映射表。地址映射后，寫操作在物理地址空間內(nèi)完全連 續(xù)，Ripple-RAID 4完全執(zhí)行順序?qū)憽?br>[0032] Ripple-RAID 4非常適合進行地址映射，原因如下:①連續(xù)數(shù)據(jù)存儲應(yīng)用以寫操作 為主，順序?qū)懣梢燥@著提高寫性能和整體性能;②讀操作以數(shù)據(jù)回放為主，即重復(fù)以前某時 間段內(nèi)的寫操作，例如視頻回放等，通常可獲得與寫性能接近的讀性能；③以寫新數(shù)據(jù)為 主，很少進行改寫操作，可以忽略改寫操作引發(fā)的垃圾回收，或在負(fù)載較輕時進行垃圾回 收。
[0033]以若干個連續(xù)扇區(qū)為單位進行地址映射，稱為扇區(qū)組映射方式。該方式多扇區(qū)映 射時效率高，但改寫組中部分?jǐn)?shù)據(jù)時，需要讀取未修改數(shù)據(jù)，與改寫數(shù)據(jù)一起重新映射。 Ripple-RAID 4很少進行改寫操作，適合采用該映射方式。地址映射信息需要作為元數(shù)據(jù)保 存，大小為存儲容量的8/( 1024 X x)，其中8個字節(jié)記錄一個扇區(qū)組地址，x為扇區(qū)組大小，以 KB為單位。
[0034] 2.2異地數(shù)據(jù)更新
[0035]地址映射后Ripple-RAID 4執(zhí)行順序?qū)?，依次向每個基本條帶寫數(shù)據(jù)，不會同時向 兩個基本條帶寫數(shù)據(jù)，也不會在一個基本條帶沒有寫滿的情況下，向另一個基本條帶寫數(shù) 據(jù)。在此基礎(chǔ)上，Ripple-RAID 4內(nèi)部執(zhí)行異地數(shù)據(jù)更新，具體執(zhí)行過程如下：
[0036] (1)向物理地址A所在的基本條帶i寫數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)并不直接寫入該條帶，而是寫入 地址A的影子地址A'（位于影子條帶，與地址A具有相同的條帶內(nèi)地址偏移量）；
[0037] (2)如果影子條帶沒寫滿，轉(zhuǎn)到（1);
[0038] (3)否則，用影子條帶替換基本條帶i，即把影子條帶作為基本條帶i參與編址，實 現(xiàn)影子地址到物理地址的轉(zhuǎn)換，本次循環(huán)結(jié)束；
[0039] (4)被替換的原基本條帶i，此時沒有參與編址，在下一循環(huán)中作為影子條帶。
[0040] 2.3漸進式生成校驗
[0041]影子條帶的校驗數(shù)據(jù)是根據(jù)本次循環(huán)中已寫數(shù)據(jù)生成的，稱為局部校驗數(shù)據(jù)(不 同于舊校驗）。寫操作時，根據(jù)寫數(shù)據(jù)、已有局部校驗數(shù)據(jù)計算新的局部校驗數(shù)據(jù)，隨著寫數(shù) 據(jù)的增加，局部校驗數(shù)據(jù)的校驗范圍逐漸擴大，直至覆蓋整個影子條帶。新數(shù)據(jù)的寫入、局 部校驗數(shù)據(jù)的校驗范圍，如水中漣漪一樣向前推進，因此該硬盤陣列稱為Ripple-RAID 4。 [0042] I.相關(guān)流水方式
[0043]漸進生成校驗數(shù)據(jù)時，不需讀取舊數(shù)據(jù)，僅需讀取局部校驗數(shù)據(jù)?？梢栽黾右粋€輔 助存儲設(shè)備，與校驗盤以流水生成新局部校驗數(shù)據(jù)，可有效消除讀局部校驗數(shù)據(jù)對寫性能 的影響。校驗盤與輔助存儲設(shè)備一起進行流水，稱該流水方式為相關(guān)流水。
[0044] 假設(shè)每個基本條帶被分成3個組，分別記作組0、組1和組2,輔助存儲設(shè)備簡稱輔 存，容量與校驗塊相同，基于相關(guān)流水漸進生成校驗的寫過程如下：
[0045] (1)向任一基本條帶(稱原條帶）的組0寫數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)實際寫入影子條帶的組0,并 生成組〇的校驗，寫入校驗盤中影子條帶的校驗塊；
[0046] (2)組0寫滿后，向原條帶的組1寫數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)實際寫入影子條帶的組1，并根據(jù)寫 數(shù)據(jù)、局部校驗(組〇的校驗，在校驗盤中影子條帶的校驗塊），生成新校驗(組〇、組1的校驗） 寫入輔存；
[0047] (3)組1寫滿后，向原條帶的組2寫數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)實際寫入影子條帶的組2,并根據(jù)寫 數(shù)據(jù)、局部校驗(組〇、組1的校驗，在輔存），生成新校驗(組〇、組1、組2的校驗）寫入校驗盤中 影子條帶的校驗塊；
[0048] (4)影子條帶寫滿后，令其替換原條帶參與編址，被替換的原條帶不參與編址，作 為下一循環(huán)中的影子條帶。
[0049] 為保證最后生成的校驗數(shù)據(jù)寫入影子條帶的校驗塊，需按如下規(guī)則流水:若影子 條帶的組數(shù)為奇數(shù)，首先向校驗盤中影子條帶的校驗塊寫校驗數(shù)據(jù);否則首先向輔存寫校 驗數(shù)據(jù)。當(dāng)輔存采用低功耗的SSD時，其能耗增加可忽略。
[0050] n .基于ssd的非流水方式
[0051]優(yōu)選的，采用低功耗的SSD作為輔存時，可不采用流水方式生成校驗數(shù)據(jù):從輔存 讀局部校驗數(shù)據(jù)，新校驗數(shù)據(jù)也寫入輔存，直至寫影子條帶的最后一組時，從輔存讀局部校 驗數(shù)據(jù)，并將新校驗數(shù)據(jù)寫入校驗盤中影子條帶的校驗塊，稱該方式為基于SSD的非流水方 式。該方式中校驗盤也可以待機節(jié)能，節(jié)能效果將進一步提升。生成校驗時需要同時讀、寫 輔存，因此輔存可能成為性能瓶頸。
[0052] m.無關(guān)流水方式
[0053] 優(yōu)選的，為了使校驗盤大部分時間也可待機節(jié)能，進一步提高節(jié)能效率，同時又不 影響性能，可采用如下流水方式:設(shè)置兩個輔助存儲設(shè)備，分別記作輔存1和輔存2，容量均 與校驗塊相同，輪流從其中之一讀局部校驗數(shù)據(jù)，向另一個寫新校驗數(shù)據(jù)，直至生成影子條 帶的最終校驗數(shù)據(jù)，再將其寫入校驗盤中影子條帶的校驗塊。
[0054] 校驗盤不參與流水，稱該流水方式為無關(guān)流水。當(dāng)輔存1、輔存2采用低功耗的SSD 時，可忽略其能耗增加。無關(guān)流水與相關(guān)流水相似，僅有以下幾點不同：
[0055] (1)向組0寫數(shù)據(jù)時，生成的局部校驗數(shù)據(jù)寫入輔存1;
[0056] (2)向組1寫數(shù)據(jù)時，根據(jù)寫數(shù)據(jù)、已有校驗數(shù)據(jù)(在輔存1)，生成新校驗數(shù)據(jù)寫入 輔存2;
[0057] (3)向組2寫數(shù)據(jù)時，根據(jù)寫數(shù)據(jù)、已有校驗數(shù)據(jù)(在輔存2)，生成新校驗數(shù)據(jù)，并把 最終校驗數(shù)據(jù)寫入校驗盤中影子條帶的校驗塊。
[0058] 3數(shù)據(jù)容錯
[0059]由數(shù)據(jù)布局得，Ripple-RAID 4包含N個基本條帶和1個影子條帶。按當(dāng)前狀態(tài)（是 否正在被更新)把基本條帶進一步分為活躍條帶和睡眠條帶，由于地址映射后執(zhí)行順序?qū)懀?在確定時間內(nèi)只有1個基本條帶正在被更新，即只有1個活躍條帶，其余基本條帶為睡眠條 帶。
[0060] 對于故障盤中的每個存儲子塊，根據(jù)其不同位置，按如下方法進行恢復(fù)。
[0061] 情況1:故障盤中的存儲子塊位于睡眠條帶，由Ripple-RAID 4的寫操作方法得，當(dāng) 根據(jù)式（1)建立校驗關(guān)系后，該睡眠條帶沒有進行任何修改，已建立的校驗關(guān)系完整有效。 對同一子條帶內(nèi)的其它盤上的存儲子塊異或運算，可恢復(fù)該存儲子塊。
[0062] 情況2:故障盤中的存儲子塊位于活躍條帶，由寫操作方法得，當(dāng)根據(jù)式（1)建立校 驗關(guān)系后，活躍條帶也沒有被真正修改過(對應(yīng)的新數(shù)據(jù)實際寫入了影子條帶的對應(yīng)位 置），已建立的校驗關(guān)系完整有效。對同一子條帶內(nèi)的其它盤上的存儲子塊異或運算，也可 恢復(fù)該存儲子塊。
[0063] 情況3:故障盤中的存儲子塊位于影子條帶，對于影子條帶，以最后一次局部并行 寫為分界線，分界線之前為已寫區(qū)，其后為待寫區(qū)，設(shè)分界線位于組P中偏移量為m的數(shù)據(jù)子 塊Strip m之后，(Xp〈P，(Xm〈M。特別強調(diào)：當(dāng)p彡1時，影子條帶校驗塊均為已寫區(qū)。
[0064] I.故障盤中的存儲子塊位于影子條帶的已寫區(qū)
[0065]影子條帶的已寫區(qū)數(shù)據(jù)，在影子條帶中具有完整、有效的校驗關(guān)系，設(shè)存儲子塊位 于影子條帶中的子條帶Stripe k，當(dāng)(Xk<m時，校驗關(guān)系見式(2):
(2)
[0067]當(dāng)m〈k〈M時(僅當(dāng)p彡1時存在），校驗關(guān)系見式(3):
(3)
[0069] 此時，可根據(jù)所在子條帶的位置，利用式(2)或式(3)恢復(fù)故障盤中的存儲子塊。
[0070] n .故障盤中的存儲子塊位于影子條帶的待寫區(qū)
[0071]由Ripple-RAID 4的寫操作方法得，該部分?jǐn)?shù)據(jù)不是有效數(shù)據(jù)，并且沒有參與所在 子條帶的校驗運算，因此數(shù)據(jù)恢復(fù)時不需要考慮。
[0072] 綜上，Ripple-RAID 4具有單盤容錯能力，其中任意一塊硬盤出現(xiàn)故障丟失數(shù)據(jù) 時，可按上述方法恢復(fù)該盤數(shù)據(jù)。分界線(最后一次局部并行寫位置）、影子條帶位置，對數(shù) 據(jù)恢復(fù)至關(guān)重要，需要記錄到元數(shù)據(jù)中，至少同時存儲在2塊盤上，以確保數(shù)據(jù)恢復(fù)正確執(zhí) 行。
[0073] 4讀操作
[0074] 對Ripple-RAID 4進行讀操作時，需要根據(jù)上層應(yīng)用程序發(fā)來的虛擬地址，查找地 址映射表，獲得該虛擬地址對應(yīng)的物理地址A，①如果地址A位于活躍條帶的已寫區(qū)（與影子 條帶已寫區(qū)具有相同的條帶內(nèi)起始、終止偏移地址），則從地址A的影子地址A'讀取數(shù)據(jù);② 否則，直接從地址A讀取數(shù)據(jù)。
[0075] 5節(jié)能調(diào)度
[0076] Ripple-RAID 4需要對硬盤進行節(jié)能調(diào)度，調(diào)度空閑硬盤待機節(jié)能，當(dāng)任務(wù)到來 時喚醒待機硬盤工作。
[0077]有益效果
[0078]本發(fā)明提出的硬盤陣列Ripple-RAID 4的構(gòu)建方法，與已有技術(shù)比較，具有以下優(yōu) 占.
[0079] (1)保持節(jié)能性的同時，具有突出的寫性能。采用新的局部并行數(shù)據(jù)布局，通過綜 合運用異地數(shù)據(jù)更新、基于流水技術(shù)漸進生成校驗等策略，既保持了局部并行的節(jié)能性，又 解決了局部并行中嚴(yán)重影響寫性能的小寫問題，極大提高了寫性能。
[0080] (2)可充分發(fā)揮磁盤性能優(yōu)勢。通過地址映射把非順序?qū)戅D(zhuǎn)換為順序?qū)?，可充分發(fā) 揮磁盤善于順序讀寫的性能優(yōu)勢，進一步提高寫性能。在連續(xù)數(shù)據(jù)存儲中，由于讀操作以回 放為主，即重復(fù)先前某段時間內(nèi)的寫操作，因此通常可獲得與寫性能接近的讀性能。
[0081] (3)具有突出的節(jié)能效率。單位磁盤的寫性能極大提高后，當(dāng)存儲應(yīng)用需要額定的 寫性能時，Ripple-RAID 4運行更少的磁盤就能夠滿足性能需求，會節(jié)省更多能量;反之，在 運行磁盤數(shù)相同的條件下，Ripple-RAID 4具有更高的性能裕量。
【附圖說明】
[0082]圖1為本發(fā)明的【具體實施方式】中的硬盤陣列Ripple-RAID 4的總體數(shù)據(jù)布局；
[0083]圖2為本發(fā)明的【具體實施方式】中的基本條帶0的子塊劃分與校驗關(guān)系示意圖；
[0084]圖3為本發(fā)明的【具體實施方式】中的硬盤陣列Ripple-RAID 4的地址分配示意圖；
[0085] 圖4為本發(fā)明的【具體實施方式】中的基于相關(guān)流水的寫操作示意圖；
[0086] 圖5為本發(fā)明的【具體實施方式】中的基于SSD的非流水寫操作示意圖；
[0087] 圖6為本發(fā)明的【具體實施方式】中的基于無關(guān)流水的寫操作示意圖；
[0088] 圖7為本發(fā)明的【具體實施方式】中的數(shù)據(jù)容錯示意圖。
【具體實施方式】
[0089] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。
[0090] 本實施例中，硬盤陣列Ripple-RAID 4由5塊磁盤組成，每塊磁盤容量為3TB， Ripple-RAID 4的實現(xiàn)主要包括數(shù)據(jù)布局、寫操作方法、數(shù)據(jù)容錯3部分。
[0091] 1數(shù)據(jù)布局
[0092]如圖1所示，在構(gòu)成Ripple-RAID 4的5塊磁盤中，1塊為校驗盤，其余4塊為數(shù)據(jù)盤。 把每塊磁盤平均分成6個500GB的存儲塊，各盤中偏移量相同的存儲塊組成1個條帶，共組成 6個條帶。任取一個條帶作為影子條帶(這里取第1個），其余為基本條帶(編號0~4)。每個基 本條帶包含1個校驗存儲塊(簡稱校驗塊），位于校驗盤，4個數(shù)據(jù)存儲塊(簡稱數(shù)據(jù)塊），分別 位于 4 塊數(shù)據(jù)盤。（注：1TB = 103GB = 106MB = 109KB，1KB = 1024B)
[0093] 每個數(shù)據(jù)塊、校驗塊分成1=1，2500,0000個相等的子塊，子塊大小為4仙(包含8個 地址連續(xù)的扇區(qū)，扇區(qū)大小為512字節(jié)），分別稱為數(shù)據(jù)子塊、校驗子塊。每個基本條帶中偏 移量相同的子塊組成M= 1，2500，0000個子條帶。4個數(shù)據(jù)盤按順序分成2組，每組包含2個(P = 2、Q = 2)，每個子條帶中的數(shù)據(jù)子塊也被分成2組，每組包含2個數(shù)據(jù)子塊。如圖2所示，子 條帶1的數(shù)據(jù)子塊被平均分成2組，每組包含2個數(shù)據(jù)子塊，其校驗子塊由該子條帶的4個數(shù) 據(jù)子塊異或運算生成。
[0094] 采用適度貪婪的地址分配策略，從基本條帶0內(nèi)、組0內(nèi)的首個數(shù)據(jù)子塊開始分配 地址，具體情況見圖3,箭頭連接線兩端的數(shù)據(jù)子塊的地址相鄰，其地址由小到大，每個子條 帶內(nèi)僅組內(nèi)的2個數(shù)據(jù)子塊提供并行性，不是全部數(shù)據(jù)子塊提供并行性。影子條帶不參與編 址，僅供Ripple-RAID 4內(nèi)部使用，對上層應(yīng)用是透明的。
[0095] 2寫操作方法
[0096]地址映射時，采用扇區(qū)組映射方式，總存儲容量為10TB(每盤3TB X 5塊盤X 2/3，去 除的1/3為校驗塊和影子條帶存儲塊，見圖3)，扇區(qū)組大小為64KB，8個字節(jié)記錄1個扇區(qū)組 地址，則地址映射信息為10TB X 8B/(64 X 1024B)~1.22GB，運行時基本可以完全調(diào)入內(nèi)存。 [0097]本實施例中，每個基本條帶分成了 2個組，每組包含2個存儲塊。為了充分說明寫操 作過程，這里以3個組為例進行說明，分別記作組0、組1和組2。
[0098] I.相關(guān)流水方式
[0099] 基于相關(guān)流水的寫操作，需要1個輔助存儲設(shè)備，簡記為輔存，容量與校驗塊相同， 具體過程如下：
[0100] (1)向任一基本條帶(稱原條帶）的組0寫數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)實際寫入影子條帶的組0,并 異或運算生成組〇的校驗數(shù)據(jù)，寫入校驗盤中影子條帶的校驗塊，見圖4(a);
[0101] (2)組0寫滿后，向原條帶的組1寫數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)實際寫入影子條帶的組1，并根據(jù)寫 數(shù)據(jù)、局部校驗(組〇的校驗，在校驗盤中影子條帶的校驗塊），生成新校驗(組〇、組1的校驗） 寫入輔存，見圖4(b);
[0102] (3)組1寫滿后，向原條帶的組2寫數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)實際寫入影子條帶的組2,并根據(jù)寫 數(shù)據(jù)、局部校驗(組〇、組1的校驗，在輔存），生成新校驗(組〇、組1、組2的校驗）寫入校驗盤中 影子條帶的校驗塊，見圖4(c);
[0103] (4)影子條帶寫滿后，令其替換原條帶參與編址，被替換的原條帶不參與編址，作 為下一循環(huán)中的影子條帶。
[0104] 圖4中，陰影部分為本次循環(huán)中寫入影子條帶的新數(shù)據(jù)、以及根據(jù)寫入新數(shù)據(jù)生成 的局部校驗數(shù)據(jù)，隨著寫入新數(shù)據(jù)的增加，局部校驗數(shù)據(jù)的校驗范圍逐漸擴大，最終覆蓋整 個影子條帶。
[0105] n .基于SSD的非流水方式
[0106] 優(yōu)選的，采用低功耗的SSD作為輔存時，可不采用流水方式生成校驗數(shù)據(jù)，具體過 程與相關(guān)流水相似，僅有以下幾點不同：
[0107] (1)向組0寫數(shù)據(jù)時，生成的校驗數(shù)據(jù)寫入輔存，見圖5(a);
[0108] (2)向組1寫數(shù)據(jù)時，根據(jù)寫數(shù)據(jù)、已有校驗數(shù)據(jù)(在輔存），生成新校驗數(shù)據(jù)寫入輔 存，見圖5(b);
[0109] (3)向組2寫數(shù)據(jù)時，根據(jù)寫數(shù)據(jù)、已有校驗數(shù)據(jù)(在輔存），生成新校驗數(shù)據(jù)，并把 最終校驗數(shù)據(jù)寫入校驗盤中影子條帶的校驗塊，見圖5 (c)。
[0110] 圖5中陰影部分的含義，與圖4相同。
[0111] m.無關(guān)流水方式
[0112] 優(yōu)選的，基于無關(guān)流水的寫操作，需要2個輔助存儲設(shè)備，分別記作輔存1、輔存2， 容量均與校驗塊相同，具體過程與相關(guān)流水相似，僅有以下幾點不同：
[0113] (1)向組0寫數(shù)據(jù)時，生成的局部校驗數(shù)據(jù)寫入輔存1，見圖6(a);
[0114] (2)向組1寫數(shù)據(jù)時，根據(jù)寫數(shù)據(jù)、已有校驗數(shù)據(jù)(在輔存1)，生成新校驗數(shù)據(jù)寫入 輔存2,見圖6(b);
[0115] (3)向組2寫數(shù)據(jù)時，根據(jù)寫數(shù)據(jù)、已有校驗數(shù)據(jù)(在輔存2)，生成新校驗數(shù)據(jù)，并把 最終校驗數(shù)據(jù)寫入校驗盤中影子條帶的校驗塊，見圖6 (c)。
[0116] 圖6中陰影部分的含義，與圖4相同。
[0117] 3數(shù)據(jù)容錯
[0118]恢復(fù)Ripple-RAID 4中任意一塊故障盤上的數(shù)據(jù)時，首先讀取分界線(最后一次局 部并行寫位置）、影子條帶的位置，這2個數(shù)據(jù)至少同時存儲在2塊盤上，1塊磁盤壞后仍可讀 出。對于故障盤上的每個存儲子塊，根據(jù)其不同位置，按如下方法進行恢復(fù)。
[0119]情況1、情況2:故障盤上的存儲子塊位于基本條帶(包括睡眠條帶和活躍條帶）。此 時，對同一子條帶內(nèi)的其它盤上的存儲子塊異或運算，可恢復(fù)該存儲子塊。例如，圖7中數(shù)據(jù) 盤0出現(xiàn)故障，該盤在基本條帶中的數(shù)據(jù)子塊8,可由子條帶8在數(shù)據(jù)盤1、數(shù)據(jù)盤2、數(shù)據(jù)盤3、 校驗盤上的子塊異或運算恢復(fù)。
[0120] 情況3:故障盤上的存儲子塊位于影子條帶，對于影子條帶，分界線之前為已寫區(qū)， 其后為待寫區(qū)，設(shè)分界線位于組1中數(shù)據(jù)子塊8之后。
[0121] I.故障盤上的存儲子塊位于影子條帶的已寫區(qū)
[0122] 可利用影子條帶中的校驗關(guān)系恢復(fù)數(shù)據(jù)，待寫區(qū)數(shù)據(jù)子塊不參與數(shù)據(jù)恢復(fù)。例如， 圖7中磁盤2出現(xiàn)故障，數(shù)據(jù)盤2在影子條帶中的數(shù)據(jù)子塊0，可通過對子條帶0內(nèi)數(shù)據(jù)盤0、數(shù) 據(jù)盤1、數(shù)據(jù)盤3、校驗盤上的子塊異或運算進行恢復(fù)。
[0123] 又如，圖7中數(shù)據(jù)盤1出現(xiàn)故障，數(shù)據(jù)盤1在影子條帶中的數(shù)據(jù)子塊M-1，可通過對子 條帶M-1內(nèi)數(shù)據(jù)盤0、校驗盤上的子塊異或運算進行恢復(fù)。子條帶M-1在數(shù)據(jù)盤2、數(shù)據(jù)盤3中 的數(shù)據(jù)子塊（X表示)位于待寫區(qū)，沒有參與子條帶M-1的校驗運算，因此不參與數(shù)據(jù)恢復(fù)。
[0124] n .故障盤中的存儲子塊位于影子條帶的待寫區(qū)
[0125] 該部分?jǐn)?shù)據(jù)不是有效數(shù)據(jù)，并且沒有參與所在子條帶的校驗運算，不需要恢復(fù)。
[0126] 綜上，Ripple-RAID 4具有單盤容錯能力，其中任意一塊磁盤出現(xiàn)故障丟失數(shù)據(jù) 時，可按上述方法恢復(fù)該盤數(shù)據(jù)。
[0127] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進，或者對其中部分技術(shù)特征 進行等同替換，這些改進和替換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種消除局部并行中小寫操作的集中校驗式盤陣列Ripple-RAID 4,其特征在于:其 結(jié)構(gòu)布局為： 硬盤陣列Ripple-RAID 4包含N塊硬盤，3且為整數(shù)，其中1塊盤為校驗盤，其余N-1塊 盤為數(shù)據(jù)盤。每塊硬盤平均分成kXN+Ι個存儲塊，k為大于0的整數(shù)，各盤中偏移量相同的N 個存儲塊組成一個條帶，共組成k X N+1個條帶。任取其中一個條帶作為影子條帶，其余為基 本條帶。每個基本條帶包含1個校驗存儲塊，簡稱校驗塊，位于校驗盤，N-1個數(shù)據(jù)存儲塊，簡 稱數(shù)據(jù)塊，分別位于N-1塊數(shù)據(jù)盤。 每個數(shù)據(jù)塊、校驗塊進一步劃分為Μ個大小相等的子塊，每個子塊包含若干個地址連續(xù) 的扇區(qū)，分別稱為數(shù)據(jù)子塊Strip和校驗子塊PStrip。每個基本條帶中偏移量相同的子塊組 成一個子條帶Stripe，這樣每個基本條帶中包含Μ個大小相同的子條帶。子條帶Stripe m的 校驗子塊PStrip m由其N-1個數(shù)據(jù)子塊Strip m異或生成，見式（1)。為了提供合適的性能，把N-1個數(shù)據(jù)盤按順序分成P組，每組包含Q個數(shù)據(jù)盤;P、Q為大于 0的整數(shù)，且滿足PXQ = N-1，Q值根據(jù)實際存儲帶寬需求確定;這樣每個子條帶中的數(shù)據(jù)子 塊也被分成P組，每組包含Q個數(shù)據(jù)子塊，子條帶內(nèi)僅組內(nèi)的Q個數(shù)據(jù)子塊提供并行性，不是 全部數(shù)據(jù)子塊提供并行性。 Ripple-RAID 4采用適度貪婪的地址分配策略，從基本條帶0內(nèi)、組0內(nèi)的首個數(shù)據(jù)子塊 開始，按如下規(guī)則編址:①編號相鄰數(shù)據(jù)盤在同一組內(nèi)、同一子條帶內(nèi)的數(shù)據(jù)子塊的地址相 鄰;②同一基本條帶內(nèi)，編號相鄰的兩個子條帶，前一個在組內(nèi)的末尾數(shù)據(jù)子塊，與后一個 在該組內(nèi)的起始數(shù)據(jù)子塊的地址相鄰;③同一基本條帶內(nèi)，編號相鄰的組的地址相鄰;④編 號相鄰的基本條帶的地址相鄰?；緱l帶、組、數(shù)據(jù)盤均從〇開始編號。 Ripple-RAID 4僅對基本條帶進行編址，影子條帶不參與編址，僅供Ripple-RAID 4內(nèi) 部使用，對上層應(yīng)用是透明的。2. 如權(quán)利要求1所述的一種消除局部并行中小寫操作的集中校驗式盤陣列，其特征在 于:寫操作的方法為： Ripple-RAID 4的寫操作，綜合運用了地址映射、異地數(shù)據(jù)更新、漸進式生成校驗等方 法，生成校驗數(shù)據(jù)時不需讀取舊數(shù)據(jù);進一步采用流水技術(shù)讀取已有校驗、寫入新校驗時， 可有效解決局部并行帶來的小寫問題。此外，地址映射把非順序?qū)戅D(zhuǎn)換為順序?qū)懀蛇M一步 提升Ripple-RAID 4的寫性能。 2.1地址映射 上層應(yīng)用程序發(fā)來的讀寫請求地址，稱為虛擬地址;數(shù)據(jù)在Ripple-RAID 4存儲空間內(nèi) 的存儲地址，稱為物理地址。地址映射實現(xiàn)虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)換:把非連續(xù)的虛擬地 址映射為連續(xù)的物理地址，并記錄映射關(guān)系到地址映射表。地址映射后，寫操作在物理地址 空間內(nèi)完全連續(xù)，Ripple-RAID 4完全執(zhí)行順序?qū)憽? 以若干個連續(xù)扇區(qū)為單位進行地址映射，稱為扇區(qū)組映射方式。該方式多扇區(qū)映射時 效率高，但改寫組中部分?jǐn)?shù)據(jù)時，需要讀取未修改數(shù)據(jù)，與改寫數(shù)據(jù)一起重新映射。Ripple-RAID 4 很少進行改寫操作，適合采用該映射方式。地址映射信息需要作為元數(shù)據(jù)保存，大小 為存儲容量的8/(1024 Xx)，其中8個字節(jié)記錄一個扇區(qū)組地址，X為扇區(qū)組大小，以KB為單 位。 2.2異地數(shù)據(jù)更新 地址映射后Ripple-RAID 4執(zhí)行順序?qū)?，依次向每個基本條帶寫數(shù)據(jù)，不會同時向兩個 基本條帶寫數(shù)據(jù)，也不會在一個基本條帶沒有寫滿的情況下，向另一個基本條帶寫數(shù)據(jù)。在 此基礎(chǔ)上，Ripple-RAID 4內(nèi)部執(zhí)行異地數(shù)據(jù)更新，具體執(zhí)行過程如下： (1) 向物理地址A所在的基本條帶i寫數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)并不直接寫入該條帶，而是寫入地址 A的影子地址A '，地址A '位于影子條帶，與地址A具有相同的條帶內(nèi)地址偏移量； (2) 如果影子條帶沒寫滿，轉(zhuǎn)到（1); (3) 否則，用影子條帶替換基本條帶i，即把影子條帶作為基本條帶i參與編址，實現(xiàn)影 子地址到物理地址的轉(zhuǎn)換，本次循環(huán)結(jié)束； (4) 被替換的原基本條帶i，此時沒有參與編址，在下一循環(huán)中作為影子條帶。 2.3漸進式生成校驗 影子條帶的校驗數(shù)據(jù)是根據(jù)本次循環(huán)中已寫數(shù)據(jù)生成的，稱為局部校驗數(shù)據(jù)。寫操作 時，根據(jù)寫數(shù)據(jù)、已有局部校驗數(shù)據(jù)計算新的局部校驗數(shù)據(jù)，隨著寫數(shù)據(jù)的增加，局部校驗 數(shù)據(jù)的校驗范圍逐漸擴大，直至覆蓋整個影子條帶。新數(shù)據(jù)的寫入、局部校驗數(shù)據(jù)的校驗范 圍，如水中漣漪一樣向前推進，因此該硬盤陣列稱為Ripple-RAID 4。 I.相關(guān)流水方式 漸進生成校驗數(shù)據(jù)時，不需讀取舊數(shù)據(jù)，僅需讀取局部校驗數(shù)據(jù)?？梢栽黾右粋€輔助存 儲設(shè)備，與校驗盤以流水生成新局部校驗數(shù)據(jù)，可有效消除讀局部校驗數(shù)據(jù)對寫性能的影 響。校驗盤與輔助存儲設(shè)備一起進行流水，稱該流水方式為相關(guān)流水。 假設(shè)每個基本條帶被分成3個組，分別記作組0、組1和組2，輔助存儲設(shè)備簡稱輔存，容 量與校驗塊相同，基于相關(guān)流水漸進生成校驗的寫過程如下： (1) 向任一基本條帶的組0寫數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)實際寫入影子條帶的組0,并生成組0的校驗， 寫入校驗盤中影子條帶的校驗塊;所述任一基本條帶稱為原條帶。 (2) 組0寫滿后，向原條帶的組1寫數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)實際寫入影子條帶的組1，并根據(jù)寫數(shù) 據(jù)、局部校驗，生成新校驗寫入輔存;此時局部校驗為組〇的校驗，在校驗盤中影子條帶的校 驗塊;新校驗為組〇、組1的校驗。 (3) 組1寫滿后，向原條帶的組2寫數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)實際寫入影子條帶的組2,并根據(jù)寫數(shù) 據(jù)、局部校驗，生成新校驗寫入校驗盤中影子條帶的校驗塊;此時局部校驗為組〇、組1的校 驗，在輔存;新校驗為組〇、組1、組2的校驗。 (4) 影子條帶寫滿后，令其替換原條帶參與編址，被替換的原條帶不參與編址，作為下 一循環(huán)中的影子條帶。 為保證最后生成的校驗數(shù)據(jù)寫入影子條帶的校驗塊，需按如下規(guī)則流水:若影子條帶 的組數(shù)為奇數(shù)，首先向校驗盤中影子條帶的校驗塊寫校驗數(shù)據(jù);否則首先向輔存寫校驗數(shù) 據(jù)。當(dāng)輔存采用低功耗的SSD時，其能耗增加可忽略。 Π .基于SSD的非流水方式 優(yōu)選的，采用低功耗的SSD作為輔存時，可不采用流水方式生成校驗數(shù)據(jù):從輔存讀局 部校驗數(shù)據(jù)，新校驗數(shù)據(jù)也寫入輔存，直至寫影子條帶的最后一組時，從輔存讀局部校驗數(shù) 據(jù)，并將新校驗數(shù)據(jù)寫入校驗盤中影子條帶的校驗塊，稱該方式為基于SSD的非流水方式。 該方式中校驗盤也可以待機節(jié)能，節(jié)能效果將進一步提升。生成校驗時需要同時讀、寫輔 存，因此輔存可能成為性能瓶頸。 m.無關(guān)流水方式 優(yōu)選的，為了使校驗盤大部分時間也可待機節(jié)能，進一步提高節(jié)能效率，同時又不影響 性能，可采用如下流水方式:設(shè)置兩個輔助存儲設(shè)備，分別記作輔存1和輔存2，容量均與校 驗塊相同，輪流從其中之一讀局部校驗數(shù)據(jù)，向另一個寫新校驗數(shù)據(jù)，直至生成影子條帶的 最終校驗數(shù)據(jù)，再將其寫入校驗盤中影子條帶的校驗塊。 校驗盤不參與流水，稱該流水方式為無關(guān)流水。當(dāng)輔存1、輔存2采用低功耗的SSD時，可 忽略其能耗增加。無關(guān)流水與相關(guān)流水相似，僅有以下幾點不同： (1) 向組0寫數(shù)據(jù)時，生成的局部校驗數(shù)據(jù)寫入輔存1; (2) 向組1寫數(shù)據(jù)時，根據(jù)寫數(shù)據(jù)、已有校驗數(shù)據(jù)，生成新校驗數(shù)據(jù)寫入輔存2;此時已有 校驗數(shù)據(jù)在在輔存1中。 (3) 向組2寫數(shù)據(jù)時，根據(jù)寫數(shù)據(jù)、已有校驗數(shù)據(jù)，生成新校驗數(shù)據(jù)，并把最終校驗數(shù)據(jù) 寫入校驗盤中影子條帶的校驗塊。此時，已有校驗數(shù)據(jù)位于在輔存2中。3.如權(quán)利要求1或2所述的一種消除局部并行中小寫操作的集中校驗式盤陣列，其特征 在于:所述磁盤陣列Ripple-RAID 4進行數(shù)據(jù)容錯的方法為： 由數(shù)據(jù)布局得，Ripple-RAID 4包含N個基本條帶和1個影子條帶。按當(dāng)前狀態(tài)是否正在 被更新，把基本條帶進一步分為活躍條帶和睡眠條帶，由于地址映射后執(zhí)行順序?qū)?，在確定 時間內(nèi)只有1個基本條帶正在被更新，即只有1個活躍條帶，其余基本條帶為睡眠條帶。 對于故障盤中的每個存儲子塊，根據(jù)其不同位置，按如下方法進行恢復(fù)。 情況1:故障盤中的存儲子塊位于睡眠條帶，由Ripple-RAID 4的寫操作方法得，當(dāng)根據(jù) 式（1)建立校驗關(guān)系后，該睡眠條帶沒有進行任何修改，已建立的校驗關(guān)系完整有效。對同 一子條帶內(nèi)的其它盤上的存儲子塊異或運算，可恢復(fù)該存儲子塊。 情況2:故障盤中的存儲子塊位于活躍條帶，由寫操作方法得，當(dāng)根據(jù)式（1)建立校驗關(guān) 系后，活躍條帶也沒有被真正修改過，對應(yīng)的新數(shù)據(jù)實際寫入了影子條帶的對應(yīng)位置，已建 立的校驗關(guān)系完整有效。對同一子條帶內(nèi)的其它盤上的存儲子塊異或運算，也可恢復(fù)該存 儲子塊。 情況3:故障盤中的存儲子塊位于影子條帶，對于影子條帶，以最后一次局部并行寫為 分界線，分界線之前為已寫區(qū)，其后為待寫區(qū)，設(shè)分界線位于組P中偏移量為m的數(shù)據(jù)子塊 Strip m之后，0<p〈P，(Xm〈M。特別強調(diào)：當(dāng)p彡1時，影子條帶校驗塊均為已寫區(qū)。 I.故障盤中的存儲子塊位于影子條帶的已寫區(qū) 影子條帶的已寫區(qū)數(shù)據(jù)，在影子條帶中具有完整、有效的校驗關(guān)系，設(shè)存儲子塊位于影 子條帶中的子條帶Stripe k，當(dāng)(Xk<m時，校驗關(guān)系見式(2):當(dāng)m〈k〈M時(僅當(dāng)p彡1時存在），校驗關(guān)系見式(3):此時，可根據(jù)所在子條帶的位置，利用式(2)或式(3)恢復(fù)故障盤中的存儲子塊。 Π .故障盤中的存儲子塊位于影子條帶的待寫區(qū) 由Ripple-RAID 4的寫操作方法得，該部分?jǐn)?shù)據(jù)不是有效數(shù)據(jù)，并且沒有參與所在子條 帶的校驗運算，因此數(shù)據(jù)恢復(fù)時不需要考慮。 綜上，Ripple-RAID 4具有單盤容錯能力，其中任意一塊硬盤出現(xiàn)故障丟失數(shù)據(jù)時，可 按上述方法恢復(fù)該盤數(shù)據(jù)。分界線，即最后一次局部并行寫位置、影子條帶位置，對數(shù)據(jù)恢 復(fù)至關(guān)重要，需要記錄到元數(shù)據(jù)中，至少同時存儲在2塊盤上，以確保數(shù)據(jù)恢復(fù)正確執(zhí)行。4. 如權(quán)利要求1或2所述的一種消除局部并行中小寫操作的集中校驗式盤陣列，其特征 在于:所述對磁盤陣列Ripple-RAID 4進行讀操作的方法為： 對Ripple-RAID 4進行讀操作時，需要根據(jù)上層應(yīng)用程序發(fā)來的虛擬地址，查找地址映 射表，獲得該虛擬地址對應(yīng)的物理地址A，①如果地址A位于活躍條帶的已寫區(qū)，即如果地址 A與影子條帶已寫區(qū)具有相同的條帶內(nèi)起始、終止偏移地址，則從地址A的影子地址A'讀取 數(shù)據(jù);②否則，直接從地址A讀取數(shù)據(jù)。5. 如權(quán)利要求1或2所述的一種消除局部并行中小寫操作的集中校驗式盤陣列，其特征 在于:所述對磁盤陣列Ripple-RAID 4進行節(jié)能調(diào)度的方法為： Ripple-RAID 4需要對硬盤進行節(jié)能調(diào)度，調(diào)度空閑硬盤待機節(jié)能，當(dāng)任務(wù)到來時喚醒 待機硬盤工作。
【文檔編號】G06F3/06GK105930098SQ201610230281
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月14日
【發(fā)明人】孫志卓, 胡凱, 劉利東, 呂文志, 譚毓安
【申請人】德州學(xué)院