鑒于用戶數(shù)據(jù)的重要性,存儲可靠性仍舊是存儲領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向。副本和陣列編碼是目前兩種主流的存儲可靠性保障方式,與副本相比,陣列編碼具有更高的空間利用率。由于RAID-6編碼技術(shù)能夠容并發(fā)的兩磁盤失效,近年來學(xué)術(shù)界和工業(yè)界進(jìn)行了廣泛的研究。RAID-6編碼的重構(gòu)性能和I/O均衡性直接影響存儲可靠性和數(shù)據(jù)可用性,針對此,從編碼和調(diào)度兩個層面對RAID-6編碼展開研究,具體包括設(shè)計(jì)新型RAID-6編碼、優(yōu)化RAID-6編碼布局、提升RAID-6編碼存儲系統(tǒng)重構(gòu)性能三個方面。 本文提出了一種符合Non-MDS特性的,具有高效重構(gòu)性能的新型RAID-6編碼(V2-Code)。V2-Code編碼是一種垂直編碼,校驗(yàn)塊均勻地分布于所有的磁盤列,從而使其具有良好的I/O均衡性。同時(shí),V2-Code編碼還具有近似最優(yōu)的存儲效率、最低密度編碼、靈活的RAID大小、穩(wěn)定的校驗(yàn)鏈長度和平衡計(jì)算等特性。性能比較結(jié)果顯示,V2-Code的負(fù)載均衡性和重構(gòu)性能均勝過通用的RAID-6編碼,在單磁盤和雙磁盤失效恢復(fù)過程中,V2-Code的重構(gòu)性能分別是X-Code重構(gòu)性能的3.31倍和1.79倍。 本文設(shè)計(jì)了一種I/O均衡的RAID-6數(shù)據(jù)布局方案-UPC(Uniform P-Code,UPC)。UPC方案通過移動PC方案校驗(yàn)鏈中不均衡的數(shù)據(jù)塊沿著所在列到其余行,使得所有數(shù)據(jù)塊均勻的分布于各行,同時(shí)確保校驗(yàn)鏈中的計(jì)算關(guān)系和容錯能力不變。通過對PC布局方案的優(yōu)化,UPC方案不僅僅獲得了最優(yōu)存儲效率、最優(yōu)計(jì)算復(fù)雜度和更新復(fù)雜度,而且具有更好的I/O均衡性,以及更優(yōu)的平均用戶響應(yīng)時(shí)間。實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果顯示,在12個磁盤組成的陣列環(huán)境中,相對于PC方案,UPC方案在平均用戶響應(yīng)時(shí)間上提升了29.9%。 本文提出了一種異構(gòu)感知的磁盤陣列單盤快速重構(gòu)算法-SmartRec,該算法充分地考慮了異構(gòu)磁盤陣列以及在線重構(gòu)I/O存取特性,提出了從存活磁盤所讀取的重構(gòu)數(shù)據(jù)量與磁盤I/O能力相匹配、分時(shí)間片的重構(gòu)思路,現(xiàn)有的重構(gòu)算法(ConRec,MinRec, BalRec)主要利用最小讀重構(gòu)數(shù)據(jù)量和均衡讀重構(gòu)數(shù)據(jù)量提升重構(gòu)性能。形式化了四種單盤失效重構(gòu)模型,并驗(yàn)證了模型的有效性。理論分析可知SmartRec重構(gòu)算法具有更優(yōu)的重構(gòu)性能；另外,真實(shí)實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果表明,在9個磁盤組成的陣列中,與現(xiàn)有三種重構(gòu)算法相比,SmartRec的重構(gòu)性能提升了35.3%。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TP333
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景
        1.1.1 海量數(shù)據(jù)存儲
        1.1.2 數(shù)據(jù)存儲可靠性問題
        1.1.3 數(shù)據(jù)存儲的容錯策略
    1.2 存儲系統(tǒng)的糾刪編碼技術(shù)
        1.2.1 常用術(shù)語
        1.2.2 糾刪編碼技術(shù)分類
    1.3 研究內(nèi)容與貢獻(xiàn)
    1.4 論文組織結(jié)構(gòu)
    1.5 課題來源
2 校驗(yàn)陣列編碼
    2.1 RAID編碼介紹
    2.2 多容錯校驗(yàn)陣列編碼
        2.2.1 RAID-6編碼
        2.2.2 高容錯陣列編碼
    2.3 陣列編碼重構(gòu)及均衡I/O技術(shù)研究
        2.3.1 重構(gòu)技術(shù)研究
        2.3.2 I/O均衡技術(shù)研究
    2.4 本章小結(jié)
2-Code'>3 高重構(gòu)性能和I/O均衡的垂直編碼V²-Code
    3.1 概述
    3.2 研究問題及動機(jī)
2-Code'>    3.3 一種新的Non-MDS編碼V²-Code
2-Code編碼規(guī)則'>        3.3.1 V²-Code編碼規(guī)則
2-Code編碼的糾錯能力證明'>        3.3.2 V²-Code編碼的糾錯能力證明
2-Code解碼及重構(gòu)實(shí)現(xiàn)'>        3.3.3 V²-Code解碼及重構(gòu)實(shí)現(xiàn)
2-Code編碼的屬性'>        3.3.4 V²-Code編碼的屬性
    3.4 負(fù)載均衡性的分析與比較
        3.4.1 負(fù)載均衡性分析
        3.4.2 負(fù)載均衡性比較
    3.5 重構(gòu)性能分析與比較
        3.5.1 重構(gòu)性能分析
        3.5.2 重構(gòu)性能比較
    3.6 本章小結(jié)
4 一種I/O均衡的RAID-6布局方案UPC
    4.1 概述
    4.2 研究問題及動機(jī)
        4.2.1 局部條帶I/O均衡性問題
        4.2.2 RAID編碼存儲系統(tǒng)的重構(gòu)方案
    4.3 I/O均衡的數(shù)據(jù)布局方案UPC
        4.3.1 P-Code編碼規(guī)則
        4.3.2 UPC數(shù)據(jù)布局算法
    4.4 性能測試結(jié)果與分析
        4.4.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境
        4.4.2 評價(jià)方法
        4.4.3 測試結(jié)果與分析
    4.5 本章小結(jié)
5 異構(gòu)磁盤陣列單盤失效的快速重構(gòu)算法
    5.1 概述
    5.2 研究問題及動機(jī)
    5.3 多容錯陣列編碼單失效快速重構(gòu)方案
        5.3.1 三種單失效重構(gòu)方案
        5.3.2 SmartRec重構(gòu)方案
        5.3.3 SmartRec重構(gòu)算法實(shí)現(xiàn)
    5.4 單盤失效重構(gòu)SmartRec模型
        5.4.1 模型描述
        5.4.2 重構(gòu)模型分析
        5.4.3 SmartRec重構(gòu)模型實(shí)現(xiàn)
        5.4.4 模型的驗(yàn)證
    5.5 性能測試結(jié)果與分析
        5.5.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境
        5.5.2 評價(jià)方法
        5.5.3 測試結(jié)果與分析
    5.6 本章小結(jié)
6 總結(jié)與展望
    6.1 全文小結(jié)
    6.2 未來工作展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表論文目錄

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本文編號：2892612