[发明专利]一种固态盘阵列的重建方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机数据存储领域，具体涉及一种固态盘阵列的重建方法。

背景技术

固态硬盘(solid State Driver，SSD)是利用半导体存储芯片来存储数据的装置，没有传统硬盘用于读写的旋转和移动的机械部件，具有存取速度快、能耗低、高随机访问性和抗震性好等特点。在传统磁盘存储系统性能停滞不前的今天，固态盘犹如一朵奇葩绽放在越来越多的商业应用中，解决了高性能数据中心的I/O瓶颈和能耗问题，是目前也是未来存储领域研究的热点和核心。

近年来MLC(Multi-Level Cell，多层单元)技术提高了固态硬盘的容量，同时大大降低了它的成本，然而由于每个MLC存储单元存放的位比较多，结构相对复杂，出错的概率很大，性能和可靠性都要低于SLC(Single-Level Cell，单层单元)。为了提高固态盘的性能，我们可以使用并行的I/O体系结构，如多通道和交叉存取技术，通过允许多个存储芯片的并发I/O操作来提高带宽，然而可靠性一直是设计大规模存储系统的关键问题。目前的NAND闪存产品通过错误校验编码来保证可靠性，如汉明码(Hamming Code)、里德·所罗门码(Reed-Solomon Code)和BCH码(Bose、Chaudhuri与Hocquenghem三个人名的缩写)等，但这些错误校验编码都要求很高的硬件复杂度，同时还会导致读写延迟。另外一种提高可靠性的方法是存储级别的冗余，固态盘标准的块接口可以不加任何修改地使用现存的冗余机制和交叉存取的解决方案-磁盘阵列RAID(Redundant Array of Independent Disks)，其中RAID-5级别提供了较好的性能和可靠性，被广泛应用于商业领域。

当固态盘阵列中某一个成员固态盘出现故障且加入替换盘时，固态盘阵列能够自动切换到重建模式，重建进程在不中断应用服务的情况下连续将故障盘上的数据块重建到新加入的替换盘中。固态盘的擦写周期限制和固态盘阵列写负载均衡的特性将会导致相关性故障，具体而言就是多个设备同时达到写擦除限制的状态，表现出无法恢复的高误码率。尤其值得关注的是固态盘阵列处于重建状态时的故障相关性，幸存盘上的写请求带来的高误码率将会导致大量的数据丢失。另外，现有的Linux操作系统固态盘阵列控制软件和传统磁盘阵列控制软件相同，数据重建方法没有考虑到固态盘的随机访问性特点，导致重建过程和读写过程对同一数据块重复读取，不仅浪费了阵列带宽，而且重建时间长，影响了存储系统的读写性能和可靠性。

发明内容

本发明提出一种固态盘阵列的数据重建方法，利用固态盘随机性能非常好的特性，让重建位置跟随读负载移动，优先重建读请求位置的条带，减少重建过程中幸存固态盘上读请求次数，同时考虑到RAID的负载均衡导致的相关性故障和写擦除次数限制的特性，将写负载重定向，防止固态盘阵列重建过程中由于高BER(Bit Error Rate，位错误率)而再次发生故障造成的数据丢失，写重建还能减轻负载对重建的影响，解决了现有的固态盘阵列重建时间长、重建过程中存储系统可靠性低的问题。

实现本发明的目的所采用的具体技术方案如下：

本发明的一种固态盘阵列的重建方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)存储系统的构建

首先，在固态盘阵列外添加一个附加的磁盘，该附加盘用来存储重建过程中重定向的写数据；

其次，在内存中设置位图日志表和写重定向元数据Hash表，位图日志表用来记录跟随读负载优先重建的条带，元数据Hash表用来记录重定向写请求的关键信息，包括请求所在条带的起始逻辑地址、请求写入的固态盘号、条带的校验盘号和重定向到附加盘上的逻辑块地址；

(2)固态盘阵列的重建进程

当系统中有成员固态盘发生故障时，取出故障盘，插入新的替换盘，启动固态盘阵列开始进行重建，具体过程如下：

(2.1)初始化位图日志表，日志表的每一位对应固态盘阵列的一个条带，将位图日志表的每一位都初始化为0，继续步骤(2.2)；

(2.2)重建进程根据当前需要重建的条带的起始逻辑地址判断位图日志表相应的位是否为1，如果是则继续步骤(2.3)，否则转入步骤(2.4)；

(2.3)该条带已经被重建过，跳过该条带的重建，获取下一个重建条带的起始逻辑地址，转入步骤(2.5)；