[发明专利]一种RAID5的写IO优化处理方法

说明书

技术领域

 本发明涉及计算机数据存储领域，具体涉及一种RAID5的写IO优化处理方法。

背景技术

 磁盘阵列RAID（Redundant Access Independent Disks，独立冗余磁盘阵列）技术已经作为一种成熟的技术广泛应用于数据存储中。RAID技术具有从RAID 0到6 七种基本的RAID 级别，不同RAID级别代表着不同的存储性能、数据安全性和存储成本。RAID包含N+P个存储数据的硬盘，它以条带为基础，在把文件数据分块后写进一个数据盘的同时，对其它数据盘内与该数据块相同盘内位置的所有数据块计算出它们的奇偶校验值（异或操作），最终形成一个由奇偶校验值组成的信息块（校验块），并将其写入对应位置的硬盘，这被称为数据保护。它的好处是提供了容错能力，即这N+P个磁盘中任何一个或多个（小于P）出现故障，都不会造成丢失数据的问题。因为奇偶校验的对称性，可以用剩下的N个磁盘的内容，计算出存放在有故障磁盘中的正确的数据内容，尽管这一计算比较费时间。其中RAID4中校验数据存放在一个固定的硬盘上，这个硬盘成为整个RAID4系统的瓶颈。RAID5为解决这个瓶颈，将校验信息均匀分散到系统中所有的硬盘中，而RAID6则存放两份校验数据，从而可以容忍RAID系统中同时有两块磁盘失效。

RAID系统提升安全性是以牺牲性能为代价的。在一个典型的RAID5系统中，如图1所示，如果要修改A1的数据，新数据为A1＇，则需要将旧数据A1 101和旧校验P(A) 102读出来，并用它们计算出A0+A2+A3的校验和P(A023)（XOR校验是对称的），然后用P(A023)与A1＇计算新校验P(A)＇，最后将A1＇写入101，P(A)＇写入102。由此可知一个写操作会衍生出两次读操作与两次写操作（这称作写放大效应），这极大的降低了系统的有效性能。以此类推，RAID6比RAID5有更高的安全性，但有效性能更低。对于传统的磁盘，IO操作的地址如果是随机的，则其有效性能会降低上百倍。

中国专利CN101566924A《一种磁盘阵列的数据读写方法》，通过在内存中创建一个磁盘条带状态位图记录数据块的写操作频度，对于写操作频率高的磁盘条带，延迟更新检验块，以达到加快磁盘阵列读写处理效率的目的。中国专利CN101702113A《写操作方法和装置》，通过在内存中建立一个写操作请求列表，缓存写操作请求，如果出现一个条带上至少两个写操作请求时并行处理，以减少写放大效应。中国专利CN101526886《一种独立磁盘冗余阵列的数据操作方法及装置》，根据写入数据的块大小动态调整条带大小，以提高RAID的数据读写性能。中国专利CN102184079《一种RAID5级别磁盘阵列的写性能优化方法》，通过暂停校验位更新的方法为RAID5磁盘阵列提升写负载请求聚发时系统的性能。中国专利CN102270102《一种RAID6磁盘阵列写性能的优化方法》，在RAID6磁盘阵列结构外设置日志盘，用于记录RAID6磁盘阵列中的数据块对应的日志记录，针对写请求根据条带中被更新数据块的频度选择写入方式（读改写和重构写），以达到优化写性能的目的。文章《基于磁盘异或引擎的RAID5小写性能优化》，利用部分SCSI磁盘及光纤磁盘实现的异或引擎，新数据和旧数据的异或计算在磁盘中实现，主机完成写入操作，从而达到RAID5的小写优化目的。

又有美国专利US6704837 B2《METHOD AND APPARATUS FOR INCREASING RAID WRITE PERFORMANCE BY MAINTAINING A FULL TRACK WRITE COUNTER》，提出针对写操作给每个磁道维护一个条带写计数器，分析写请求的最后操作磁道的计数器值，判断写入数据是否为整个条带，如果是则利用缓存中的条带数据计算出新校验，如果不是则按照读旧校验，读旧数据，计算新校验，写新数据的传统方法进行。该美国专利提供的方法通过减少在计算校验块时系统读旧数据、旧校验的次数，在一定程度上减少了系统开销，但当写操作的数据不是一个条带时，写操作所引起的写放大效应没有改变。

以上专利可以看出，已有工作是通过不同的方法，如延迟写数据、动态调整条带大小等方法来优化写性能，虽然对写性能有一定的优化，但都没有从根本上解决RAID容错算法写操作所引起的写放大效应，并且存在数据无法恢复的风险，如系统突然掉电后延迟写数据丢失等。而动态调整条带大小、增加日志盘等方法，则需要额外的系统开销，增加了系统负担。

可见，现有技术还存在缺陷，有待改进和发展。

发明内容