[发明专利]一种设计磁盘阵列的方法和存储装置

说明书

本发明实施例提供一种设计磁盘阵列的方法和存储装置，磁盘阵列包括多个磁盘，磁盘具有高性能区域和高容量区域，确定磁盘阵列单盘容量，以及确定磁盘阵列中磁盘的数量；将每一个磁盘的扇区划分为磁盘内圈区域和磁盘外圈区域，内圈区域是高容量区域，外圈区域是高性能区域，条带化后形成高容量的条带化单位和高性能的条带化单位；依据不同磁盘阵列组合原理对所有磁盘中的高容量的条带化单位进行组合形成高容量阵列区，对所有磁盘中的高性能的条带化单位进行组合形成高性能阵列区；在磁盘阵列控制器的各磁盘I/O原始队列前增加一个分类的双缓冲队列，双缓冲队列中的每一个缓冲队列基于反馈算法控制该缓冲队列中的I/O访问到达原始队列的速率。

技术领域

本发明涉及存储技术，特别是指一种设计磁盘阵列的方法和存储装置。

背景技术

在互联网和通信行业中，数据存储一直是业务的有力支撑，同时也是各公司对内对外IT系统中的核心。当今现有的数据存储主要是通过磁盘驱动器(简称：磁盘，HDD，HardDisk Drive)来实现，其包括三部分：一个或者多个铝制或者玻璃制的可以通过磁化来存储数据的盘片(碟片)，主轴马达，通过感应、改变盘片相应位置的磁场而读取、写入数据的一个或多个(一般为盘片数量的2倍)磁头。磁盘的存储数据主要是存储在磁盘盘片上，盘片主要由磁道(Track)和扇区(Sector)组成。

如图1所示，一块磁盘所有盘片上的同一磁道构成一个圆柱，称作柱面(Cylinder)，每个圆柱上的磁头由上而下从0开始编号。数据的读/写按柱面进行，即磁头读/写数据时首先在同一柱面内从0磁头开始进行操作，依次向下在同一柱面的不同盘片即磁头上进行操作，只在同一柱面所有的磁头全部读/写完毕后磁头才转移到下一柱面。

区域数据记录技术(ZDR，Zone Data Recording)。磁盘主轴的工作方式是恒定角速度，单位时间内放置的角度一致(CAV，Constant Angular Velocity)，而盘片最外圈的周长比最内圈的周长要长很多，磁头在最外圈时，走过的距离最长，如果最内圈与最外圈磁道的扇区数相同，必将造成极大的存储空间的浪费。ZDR技术从磁盘的最外圈划分出若干个区域，每个区域内的每磁道扇区一致，但靠内的区域比外侧的区域的每磁道扇区数要少，可以根据不同的磁道长度来合理设定扇区的数量，以达到充分利用磁盘存储空间的目的。如图2所示，大多数磁盘按照16个区域划分，最外圈的每磁道扇区数正好是最内圈的一倍，与最大的持续传输率的参数基本成比例。对于同一块磁盘，每一个扇区占用的磁道长度相等，外圈由于磁道长度比内圈长，所以外圈比内圈部署更多的扇区以达到更高的磁盘利用率。

寻道速度/时间：设定一次随机寻道磁头的起始位置与终点位置都位于同一磁道上，之间间隔4个扇区的简化情况，对应该随机读写的寻道时间是t。

设定一个磁盘每条扇区占用的磁道长度为S，转速为P(RPM，Round Per Minute)，盘片的对应磁道的半径为R。设定内圈的角速度为ω，那么ω＝2πf＝2πP/60＝πP/30，设定磁道的线速度为υ，那么υ＝ωR＝πPR/30，对应寻道时间t＝4s/υ＝120s/πPR，磁盘的寻道时间与磁道对应的盘片半径R成反比，磁道越靠外盘片半径R越大，寻道时间越短，寻道速度越快。

数据读/写速度。磁头对于一个扇区的数据的读写的速度由3个因素所决定：磁头本身的物理读写速度，盘片感应到磁头读写后生产数据的物理速度，扇区到扇区之间的转换速度；而最后一个因素直接与磁盘在该扇区的移动速度有关。前两个因素在同一块或者同一型号的磁盘内，可以认为其速度是无个体差异并一致的，而且不会对第三个因素产生瓶颈。那么对于同一块或者同一型号的多块磁盘，其读/写一个扇区的速度是与扇区的移动速度有关。根据之前寻道速度段落中的推导，该速度就是磁盘盘片在该扇区的线速度υ＝ωR＝πPR/30，其寻道时间的推导公式为t＝4s/υ＝120s/πPR，可以看到，扇区数据的读写速度也与磁道对应的盘片半径成反比，磁道越靠外盘片半径越大，扇区移动速度越快，扇区数据的读写速度越快。