【摘要】：爆炸式增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)量對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能和可靠性都提出了更高的要求,以磁性物質(zhì)為介質(zhì)的硬盤很難達(dá)到現(xiàn)有的對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的要求。基于閃存的固態(tài)盤(solid state disk,SSD)是采用閃存芯片作為存儲(chǔ)介質(zhì)構(gòu)建成的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備,具有抗震性好、能耗低、存取速度高等特點(diǎn)。隨著固態(tài)盤容量的提高和價(jià)格的降低,固態(tài)盤相對(duì)于磁盤的優(yōu)勢(shì)也越來(lái)越明顯。但是其容量的提升是以降低可靠性為代價(jià)的,隨著閃存單元中多比特錯(cuò)誤變得越來(lái)越常見(jiàn),能夠修復(fù)單比特錯(cuò)誤的傳統(tǒng)糾錯(cuò)碼已經(jīng)不再全面有效。此外,固態(tài)盤存在著隨機(jī)寫性能差和使用壽命有限等問(wèn)題,單塊固態(tài)盤難以滿足人們對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)高可靠性、高容量、高性能的要求。正因?yàn)槿绱?基于閃存的存儲(chǔ)應(yīng)該利用那些應(yīng)用于RAID配置的策略,但固態(tài)盤提供了許多不同于傳統(tǒng)磁盤的功能,將RAID算法直接應(yīng)用于固態(tài)盤又會(huì)遇到很多挑戰(zhàn)�；诖�,本文的主要工作有:1)對(duì)現(xiàn)有的幾種典型的固態(tài)盤陣列技術(shù)Diff-RAID、I-CASH、FRA,及壽命感知可靠性方案進(jìn)行了方法介紹,并對(duì)各個(gè)方法的性能從小寫、隨機(jī)寫、壽命、可靠性等幾個(gè)方面進(jìn)行了分析和比較。2)針對(duì)中小型企業(yè)普遍存在的問(wèn)題,參與設(shè)計(jì)了一種新型固態(tài)盤陣列RAID-CP(RAID with Co-located Parity Home),RAID-CP用多個(gè)RAID共享校驗(yàn)盤,將其組合成一個(gè)校驗(yàn)盤組(Parity Home),解決了負(fù)載比較忙的RAID校驗(yàn)信息訪問(wèn)成為瓶頸的問(wèn)題,Parity Home用磁盤存儲(chǔ)校驗(yàn)信息避免了數(shù)據(jù)頻繁寫入對(duì)固態(tài)盤的損傷,享受了校驗(yàn)信息帶來(lái)的容錯(cuò)卻沒(méi)有損傷固態(tài)盤的壽命。進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)時(shí),相比于其他RAID系統(tǒng),RAID-CP優(yōu)先恢復(fù)最熱的數(shù)據(jù),降低了用戶響應(yīng)延遲和數(shù)據(jù)恢復(fù)時(shí)間,提高了系統(tǒng)性能。3)為了驗(yàn)證RAID-CP的性能,利用Device Mapper框架在Linux內(nèi)核中增加Parity Home設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊,同時(shí)修改內(nèi)核塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)MD模塊,在版本為3.14.35的linux內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)了RAID-CP系統(tǒng)。4)測(cè)試RAID-CP和其他RAID系統(tǒng)的正常IO延遲、數(shù)據(jù)重建時(shí)間和在線恢復(fù)IO延遲。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:RAID-CP的平均正常IO延遲比其他RAID系統(tǒng)的平均正常IO延遲低4%~8%。在數(shù)據(jù)恢復(fù)上,RAID-CP的數(shù)據(jù)重建時(shí)間比其他RAID系統(tǒng)低5.78%~17.48%,在線恢復(fù)IO延遲比其他RAID系統(tǒng)低9.84%~50.35,同時(shí)數(shù)據(jù)恢復(fù)帶來(lái)校驗(yàn)信息的頻繁讀取操作并沒(méi)有對(duì)RAID-CP上其他的卷造成負(fù)面影響。
[Abstract]:The explosive growth of data demands higher performance and reliability of the storage system. Hard disks based on magnetic materials can hardly meet the existing requirements of the storage system. With the increase of the capacity and the decrease of the price of the solid disk, the advantages of the solid disk relative to the disk become more and more obvious. However, the increase of the capacity is at the cost of reducing reliability. As the multi-bit errors in the flash memory unit become more and more common, it can repair the traditional correction of single-bit errors. Error codes are no longer fully valid. In addition, SSDs suffer from poor random write performance and limited service life. Single SSDs are difficult to meet the high reliability, high capacity, and high performance requirements of storage systems. Based on this, the main work of this paper is as follows: 1) The methods of Diff-RAID, I-CASH, FRA and life-aware reliability schemes for several typical solid-state disk array technologies are introduced, and the performance of each method is lowercase. Random write, life, reliability and other aspects are analyzed and compared. 2) Aiming at the common problems of small and medium-sized enterprises, a new type of solid-state disk array RAID-CP (RAID with Co-located Parity Home) is designed. RAID-CP uses multiple RAID to share the check disk, which is combined into a parity Home to solve the load comparison. Busy access to RAID checksum information becomes a bottleneck problem. Parity Home uses disk storage checksum information to avoid the damage caused by frequent data writing to the solid disk, and enjoys the fault tolerance brought by checksum information without damaging the life of the solid disk. In order to verify the performance of RAID-CP, Parity Home device driver module is added to Linux kernel using Device Mapper framework, and kernel block device driver MD module is modified. RAID-CP system is implemented in version 3.14.35 Linux kernel. 4) RAID-CP and other RAI systems are tested. The experimental results show that the average normal IO delay of RAID-CP is 4%~8% lower than that of other RAID systems. In data recovery, the data reconstruction time of RAID-CP is 5.78%~17.48% lower than that of other RAID systems, and the online recovery IO delay is 9.84%~50% lower than that of other RAID systems. 35. Meanwhile, frequent reads of check information brought about by data recovery do not negatively affect other volumes on RAID-CP.
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP333

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