[发明专利]一种快速重构的RAID-6编码及重构方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机存储领域，具体涉及一种可以容忍双盘失效，且满足RAID-6特性的新型编码方法。

背景技术

磁盘冗余阵列RAID(Redundant Array of Independent Disk)是一种在较低的成本下，能够提供高可靠性、高性能服务的常用方案。在前期的RAID方案中，从RAID-0到RAID-5，都只能容忍单盘失效。但是最近几年来，RAID系统的基本单位——磁盘，在容量上有了显著的提升。同时，随着存储的数据量的增加，大型磁盘阵列的使用越来越普遍。然而，大型磁盘阵列有更大的可能性造成双盘失效，这使得RAID-5无法满足人们的需求。

RAID-6是一种能够容忍双盘同时失效的编码规范，并且越来越受到人们欢迎。根据网络存储工业协会(SNIA)的定义，RAID-6是“在任何形式下，两个磁盘同时失效的情况下，仍可以继续执行读写请求的RAID编码”。目前，已经有很多基于RAID-6的纠删码技术，如Reed-Solomon编码，Cauchy Reed-Solomon编码，EVENODD编码，RDP编码等等。这些都是极大距离可分MDS(Maximum Distance Separable)编码。其中，X-编码和P-编码是垂直编码，其它的都是水平编码。当然也有非MDS RAID-6编码，例如WEAVER编码，HoVer编码和Pyramid编码。

然而，上面提到的所有编码都存在着一定的缺陷。图1是一种典型的水平MDS RAID-6编码的结构。它由K+2个磁盘组成，前K个磁盘用来存储数据，最后两个盘是校验盘，分别叫做P盘和Q盘。水平MDS RAID-6编码存在一个共同的局限性：生成校验元素时需要大量数据元素的参与。这一缺陷约束了单盘失效或者双盘失效情况下的重构性能。X-编码，循环编码和P-编码是垂直编码，但是它们存在着同样的局限性。

磁盘的读写性能和重构性能是纠删码设计者最关心的问题，在这个问题上已经有了很多的研究。许多研究者关心如何通过改变结构来提高RAID的重构性能，而非MDS编码正是另一种能够打破重构性能瓶颈的方法。这种编码方式把校验信息部署到更多的校验元素中，大大降低了构建一个校验元素的元素数量。例如，WEAVER编码的设计核心是如何容忍多个磁盘并发失效。然而，这些方法的缺陷都是存储效率很低，它的存储效率低至50％。这是WEAVER编码一个很大的缺陷。在某些单盘失效和双盘失效的情况下，HoVer编码有着很高的重构性能，但是，在其它的情况下，它的重构性能甚至比传统的MDS编码还低。而且，HoVer编码存在空闲的元素，空间利用率低。

发明内容

为了弥补目前各种RAID-6编码方法存在的局限性，本发明提供了一种快速重构的RAID-6编码方法，利用该方法所得到编码能够容忍双盘失效，并且具有高可靠性、高扩展性、低计算量和低I/O复杂度，以及快速恢复丢失数据的功能；本发明还提供了该编码的重构方法。

本发明提供的一种快速重构的RAID-6编码方法，设Code-M(N，K)表示一种RAID-6编码，其中，N为大于等于2的正整数，K+1为大于等于3的素数，在Code-M(N，K)中，一个条带有N个条带单元集，每个条带单元集由位于相邻磁盘上的K个条带单元组成，每个条带单元由同一磁盘上连续K个的元素组成；

一个Code-M(N，K)的条带由N个独立的K行K列的条带单元集组成，每一个条带单元集拥有同样的结构，主对角线上的元素被设计为校验元素，其它的都是数据元素；

设<s-1>_N表示s-1对N求模，对于Code-M(N，K)中的任意一个校验元素(s，r，c)，它在Code-M(N，K)编码中是由同一条带单元集中的一组水平数据元素和序号为<s-1>_N的条带单元集中的一组对角线元素通过异或运算得到，一个条带中所有校验元素(s，r，c)的形式化编码规则，如下：

式I

式I中，符号“+”和“∑”均表示异或运算，&表示逻辑与，i表示该元素所在列在该条带单元集中的列号，<K-2-r-i>_K+1表示K-2-r-i对K+1求模，其中，r+c＝K-1，即所有校验元素(s，r，c)都在条带单元集的对角线上。

上所述RAID-6编码的重构方法，其特征在于，根据不同的失效情况分别采用相应的过程进行重构；

情况一、单盘失效：

假设失效的条带单元为(s，c)，其重构过程为：