【摘要】：爆炸式增長的數據量對存儲系統(tǒng)的性能和可靠性都提出了更高的要求,以磁性物質為介質的硬盤很難達到現(xiàn)有的對存儲系統(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介質構建成的數據存儲設備,具有抗震性好、能耗低、存取速度高等特點。隨著固態(tài)盤容量的提高和價格的降低,固態(tài)盤相對于磁盤的優(yōu)勢也越來越明顯。但是其容量的提升是以降低可靠性為代價的,隨著閃存單元中多比特錯誤變得越來越常見,能夠修復單比特錯誤的傳統(tǒng)糾錯碼已經不再全面有效。此外,固態(tài)盤存在著隨機寫性能差和使用壽命有限等問題,單塊固態(tài)盤難以滿足人們對存儲系統(tǒng)高可靠性、高容量、高性能的要求。正因為如此,基于閃存的存儲應該利用那些應用于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算法直接應用于固態(tài)盤又會遇到很多挑戰(zhàn)。基于此,本文的主要工作有:1)對現(xiàn)有的幾種典型的固態(tài)盤陣列技術Diff-RAID、I-CASH、FRA,及壽命感知可靠性方案進行了方法介紹,并對各個方法的性能從小寫、隨機寫、壽命、可靠性等幾個方面進行了分析和比較。2)針對中小型企業(yè)普遍存在的問題,參與設計了一種新型固態(tài)盤陣列RAID-CP(RAID with Co-located Parity Home),RAID-CP用多個RAID共享校驗盤,將其組合成一個校驗盤組(Parity Home),解決了負載比較忙的RAID校驗信息訪問成為瓶頸的問題,Parity Home用磁盤存儲校驗信息避免了數據頻繁寫入對固態(tài)盤的損傷,享受了校驗信息帶來的容錯卻沒有損傷固態(tài)盤的壽命。進行數據恢復時,相比于其他RAID系統(tǒng),RAID-CP優(yōu)先恢復最熱的數據,降低了用戶響應延遲和數據恢復時間,提高了系統(tǒng)性能。3)為了驗證RAID-CP的性能,利用Device Mapper框架在Linux內核中增加Parity Home設備驅動模塊,同時修改內核塊設備驅動MD模塊,在版本為3.14.35的linux內核中實現(xiàn)了RAID-CP系統(tǒng)。4)測試RAID-CP和其他RAID系統(tǒng)的正常IO延遲、數據重建時間和在線恢復IO延遲。實驗結果表明: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%。在數據恢復上,RAID-CP的數據重建時間比其他RAID系統(tǒng)低5.78%~17.48%,在線恢復IO延遲比其他RAID系統(tǒng)低9.84%~50.35,同時數據恢復帶來校驗信息的頻繁讀取操作并沒有對RAID-CP上其他的卷造成負面影響。
[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.
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP333

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本文編號：2221644