[发明专利]基于GPU的RS-DRAID系统及存储设备数据控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及RAID(Redundant Array of Independent Disk，独立磁盘冗余阵列)技术领域，特别涉及一种基于GPU的RS-DRAID系统以及基于GPU的存储设备数据控制方法。

背景技术

RS-DRAID算法是一种将RS纠删码(Reed-Solomon erasure codes)算法应用于分布式RAID系统的算法。Reed-Solomon erasure codes算法最初用于在不可靠的通道上进行传输时(当数据被删除时)进行前向纠错(Forward error correction)。此外，RS-DRAID算法也可以用于RAID6中。其中，RADI6技术是在RAID 5基础上，为了进一步加强数据保护而设计的一种RAID方式，实际上是一种扩展RAID 5等级。RADI6与RAID 5的不同之处于除了每个硬盘上都有同级数据XOR校验区外，还有一个针对每个数据块的XOR校验区。

RS-DRAID算法的核心是采用数据和校验码的结构。其中，D1，D2，......，Dn为数据，C1，C2，......，Cm为冗余码。其中，冗余码C1，C2，......，Cm是将数据D1，D2，......，Dn通过冗余码算法F(D1，D2，......，Dn)进行计算得到的。D1，D2，......Dn和C1，C2，......，Cm构成数据，当硬盘的数据失效时，通过任意n个数据块(D1，D2，......，Dn)即可恢复。

RS-DRAID算法可以应用在多个硬盘同时失效的情况，因为在大型分布式RAID系统中硬盘个数动辄上千块，组件失效被视为常态。但是传统的RS-DRAID系统中校验码的计算均采用服务器中的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)进行。而在RS-DRAID算法中进行编码和解码均会耗费相当多的CPU资源。

传统的服务器集群现多采用以下两种方式来实现数据的冗余保护：

(1)以同一份数据存储多份(通常为3份)镜像的方式实现数据冗余保护，但这种方式的硬盘利用率仅为n/3，其中n为硬盘数量。例如：谷歌文件系统(Google File System)。

这种方式的缺陷是：由于CPU占用资源过大，导致硬盘利用率很低。

(2)每个服务器上通过RAID技术来实现数据的冗余，大多数采用RAID5计算。其中，RAID 5为一种存储性能、数据安全和存储成本兼顾的存储解决方案，可以理解为是RAID 0和RAID 1的折中方案。RAID 5可以为系统提供数据安全保障，但保障程度要比Mirror低而磁盘空间利用率要比Mirror高。其中，硬盘利用率可以提高为(n-1)/n，其中，n为硬盘数量，1为校验盘的数量。但是仅能接受单个硬盘失效，即当单个硬盘失效时，RAID系统仍可以工作，但是读写性能急剧下降；当两个或两个以上硬盘失效时，RAID系统不能正常工作。

这种方式的缺陷是：无法支持多个硬盘同时失效，并且在单个硬盘失效时读写性能急剧下降且重建校验码的时间过长。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷。

为此，本发明的第一个目的在于提供一种基于GPU的RS-DRAID系统，该系统可以在服务器集群中实现RS-DRAID算法的方式中，利用GPU代替CPU进行校验码的计算等过程，从而降低CPU的资源利用率，进而提高存储设备的利用率。本发明的第二个目的在于提供一种基于GPU的存储设备数据控制方法。