[发明专利]大规模磁盘阵列存储系统的磁盘容错方法

说明书

技术领域

大规模磁盘阵列存储系统的磁盘容错方法属于存储系统的磁盘容错技术领域。

技术背景

随着磁盘阵列(disk array)存储系统规模的不断扩大，存储容量急剧增长，然而单个磁盘的数据出错率却一直未得到显著的改善，于是，磁盘容错就成为磁盘阵列存储系统设计中一个十分重要的方面。目前，已有的RAID技术中容错能力最强的RAID6只能容忍最多2个磁盘的数据丢失；多镜像技术虽然可以容忍很多个磁盘的数据丢失，但存储空间的有效利用率很低，只有1/N(N表示镜像副本个数)。于是，各种具有较高容错能力的纠删码(erasure code)技术被提出，以适应未来存储业发展的需要。

目前，已有的纠删码技术包括四类：

1)里得-所罗门码(Reed Solomon code)，主要包括两种：基于范德蒙矩阵(Vandermondematrix)的标准里得-所罗门码(standard Reed Solomon code)和基于柯西矩阵(Cauchymatrix)的柯西里得-所罗门码(Cauchy Reed Solomon code)。它们可以提供任意高的容错能力和最优的存储利用率，但由于它们是基于有限域代数运算，所以实现起来十分复杂，会严重影响存储系统性能。

2)奇偶阵列码(parity array code)，又可以分为三类：①水平奇偶阵列码(horizontal parityarray code)：数据和校验分布在不同的磁盘上，如EVENODD码及其推广形式，RDP码，STAR码，等等；②垂直奇偶阵列码(vertical parity array code)：一个磁盘上同时存放数据和校验，如X码，BCP码，ZZS码，WEAVER码，等等：③混合码：是水平码和垂直码的混合形式，如HoVer码。其中，EVENODD码，STAR码和X码等完全基于异或运算，且具有最优的存储利用率，但最多只能容忍3个磁盘的数据丢失；EVENODD码的推广形式虽然可以提供3～8的容错能力和最优的存储利用率，但它们是基于环的代数运算，实现比较复杂；WEAVER码完全基于异或运算且能够提供高达12的容错能力，但其存储利用率不高超过50％。

3)奇偶校验码(parity check code)，是单奇偶校验码(single parity check code，SPC)的多维扩展，如二维的水平垂直奇偶校验码(horizontal and vertical parity check code.HVPC)。它们完全基于异或运算，可以提供较高的容错能力，但存储利用率不是很高。

4)低密度奇偶校验码(Low Density Parity Check code，LDPC)，是一种基于Tanner图设计的编码。它们完全基于异或运算，较好的低密度奇偶校验码能够提供较高的容错能力和接近最优的存储利用率，但具有十分不规则的图结构，不易在存储系统中实现。

目前，尽管已有大量的纠删码被提出，但每种编码各有优缺点，分别适用于不用的应用需求，还没有一种编码能够作为通用的适应所有需求的容错技术。

这些已有的纠删码技术都有一个共同特点：在磁盘阵列的一个条带(stripe)中，所有条块(strip)在逻辑上配置(configure)成一维的线性结构。与已有的纠删码技术不同的是，本发明提出的大规模磁盘阵列存储系统的磁盘容错方法是将磁盘阵列中每个条带的所有条块在逻辑上配置成多维(包括二维)网格(grid)结构。它完全基于异或运算且具有规则的编码结构，实现容易；它的容错能力能够高达15，甚至更高；在编码方式固定的前提下，随着一个条带中条块数目的增加.它能够提供高达80％，甚至更高的存储利用率。它的这些特征使得它非常适合于大规模磁盘阵列存储系统。

发明内容