如何提高计算机磁盘子系统的速度和可靠性

ＲＡＩＤ是廉价冗余磁盘阵列的简称，它把多磁盘驱动器连接到一起协同工作，提供并行的数据传输和容错功能。本文将介绍ＲＡＩＤ技术，探讨如何利用ＲＡＩＤ技术提高磁盘子系统的速度和可靠性。     

磁盘阵列技术及其发展趋势

本文详细介绍了磁盘阵列技术的产生及其发展，重点介绍了目前较为流行的廉价磁盘冗余阵列ＲＡＩＤ技术，通过对磁盘阵列技术的介绍，探讨了今后一些有发展前途的新型存储技术。     

RAID1的实现策略及性能研究

本文提出了实现冗余磁盘阵列类型１的四种策略，其中两种为同步ＲＡＩＤ１两种为异步ＲＡＩＤ１。并以排队论中Ｍ／Ｇ／１排队模型为工具，详细研究了四川策略珠Ｉ／Ｏ性能。结果表明，其中三种实现策略的平均Ｉ／Ｏ响应比单台磁盘快，另一种与单台磁盘相同。     

冗余磁盘阵列RAID5性能损失研究

冗余磁盘阵列虽然引入了容错机制使得磁盘阵列的数据可靠性得到了很大的提高，但同时也引起性能不降。而且随着磁盘数量的增加，磁盘失效的概率将明显增大，当单个磁盘失效后，虽然此时磁盘阵列数据并未矢失，且仍能服务于系统的请量此时磁盘阵列是带“病”工作，处于一种降级模式，本文对冗余磁盘阵列ＲＡＩＤ５进行了队列建模和仿真计算，提出了性能损失率的概念，并作为评价磁盘阵列性能损失的衡量指标。计算结果分析表明，ＲＡＩ     

RAID的七种配置模式及应用

ＲＡＩＤ（有冗余的廉价磁盘阵列）的应用是为了提高系统的Ｉ／Ｏ性能和增加可靠性,本文叙述了如何根据不同的应用需求选择ＲＡＩＤ的配置模式。     

磁盘阵列操作系统的设计与实现

磁盘阵列操作系统ＤＡＯＳ把当前计算机Ｉ／Ｏ最新技术—独立磁盘冗余阵列技术ＲＡＩＤ融入ＵＮＩＸ操作系统中，它支持磁盘阵列中Ｉ／Ｏ并发操作，缓和了计算机主机和磁盘速度不匹配的矛盾。本文介绍了ＤＡＯＳ各模块的设计及其实现方法。     

基于IDE的RAID磁盘阵列的安装和使用

ＲＡＩＤ（Ｒｅｄｕｎｄａｎｔ　Ａｒｒａｙ　ｏｆ　Ｉｎｅｘｐｅｎｓｉｖｅ　　Ｄｉｓｋｓ）磁盘阵列是指将多个硬盘连成一个阵列,并以某种方式读写硬盘,该读写方式可以保证一个或多个硬盘失效时能有效地防止数据丢失,并大大提高了存取速度。磁盘阵列的硬件除了由多个硬盘组成的磁盘组外,就是一个在主机和磁盘组之间提供界面的接口控制器。相对主机来讲,控制器可以使得整个磁盘组就象一个又快、又大、又可靠的虚拟硬盘,为主机提供无缝透明的磁盘操作功能。 ＲＡＩＤ可以分为６个级别,即ＲＡＩＤ０～ＲＡＩＤ５外加一个派生的ＲＡＩ…     

利用类X模系统分析方法计算RAID可靠性指标

本文借助于可修复二模和三模系统的分析方法以及Ｍａｒｋｏｖ过程，对廉价磁盘冗余阵列的可靠性指标进行了推导，适合于ＲＡＩＤ１－ＲＡＩＤ６六种阵列结构形式。     

磁盘阵列中热备份问题研究

热备份方法的选择对磁盘阵列的性能有很大的影响。本文对ＲＡＩＤ５级磁盘阵列中的几种热备份方法进行限介绍，并详细地评价他它们在不同模式下的性能情况。     

廉价冗余盘阵列(RAID)发展综述

廉价冗余盘阵列（ＲＡＩＤ）因为能够有效提高计算机数据传输率和数据可靠度，已经成为计算机外存储系统的重要组成部分。近年来，为了进一步提高ＲＡＩＤ的请求响应时间和数据可靠度，改善ＲＡＩＤ性能，涌现了多种新技术。文章针对ＲＡＩＤ性能的各个方面，对这些新技术进行了详细介绍。     

一种新型的能够防止两块磁盘失败的技术

海量存储系统的建设是目前计算机系统最热门和发展最快的领域,存储系统的主要部分是在线存储系统。RAID(磁盘阵列)对于提升存储系统的效率、数据的高可靠性、防止数据破坏和业务停顿具有重大意义。目前实际应用中的RAID 1,RAID 0+1,RAID 4,RAID 5都只能防止单块磁盘的损坏,实际生产中已经出现了很多由于双盘损坏造成业务长时间停顿的事故。在介绍了通用的RAID级别的基础上,介绍了一种新型的对角线奇偶校验方法,结合水平奇偶校验,可以防止两块磁盘损坏。通过可靠的数学分析,可以看到该方法可以极大提高磁     

基于奇偶校验的三容错数据布局研究

基于单容错编码的数据布局已经不能满足存储系统对可靠性越来越高的要求。对基于多容错编码的数据布局的研究受到了广泛的关注,并且出现了一些三容错的布局算法,如HDD1,HDD2等。但这些布局算法普遍存在冗余度较差、计算负载大等缺点。提出了一种基于三重奇偶校验的多容错数据布局算法TP-RAID(Triple Parity RAID)。该算法只需要在RAID5阵列系统中增加两个校验磁盘,通过水平、正向对角和反向对角三重奇偶校验,可容许同时发生的三个磁盘故障。该算法编码、解码简单,三重校验条纹长度相等,计算负载小,易于实现。此外,由于该算法中尽量减少了三重校验之间逻辑关联,使得该算法的小写性能比其他的三容错算法相比有了大幅度的提高。     

RAID-VCR:一种能够承受三个磁盘故障的RAID结构

提出了一种新RAID结构——RAID-VCR.这种结构仅需要3个额外的磁盘来保存校验信息,但是却能够承受任意模式的3个成员磁盘故障.与现有的其它RAID结构相比,RAID-VCR的容灾能力大幅提高,但是对磁盘空间利用率和系统吞吐量的影响却非常小.RAID-VCR的编码和解码过程都是基于简单的XOR操作,并且以明文方式保存了用户数据,从而可以高效地执行读操作.仿真实验结果表明,RAID-VCR的编码和解码性能较好,具有很好的应用前景.     

X-code double parity array operation with two disk failures

X-code extends parity coding for correcting single disk failures in RAID 5 to two disks. Similar to RAID 6 X-code uses the minimum level of redundancy by dedicating the capacity of two out of N disks to check disks, but unlike RAID 6 it solely relies on parity codes, which are placed horizontally rather than vertically. The parity groups in X-code are defined as diagonals with positive and negative slopes. This study is mainly concerned with X-code arrays with two disk failures, since it requires a multistep recovery process, while its operation is otherwise similar to RAID 6. We use examples to gain insight into the cost of recovery and to develop an algorithm to estimate recovery cost for reconstructing two failed disks. We observe that disk loads are unbalanced and the overall load increase depends on the separation of the failed disks. Cyclically shifting or randomly permuting successive N×N arrays of blocks may be used to reduce the load increase to the mean across all of the possible (N−1)/2 distances of the failed disks. We also present an improvement in recovery cost for single disk failures.     

Efficient placement of parity and data to tolerate two diskfailures in disk array systems

In this paper, we deal with the data/parity placement problem which is described as follows: how to place data and parity evenly across disks in order to tolerate two disk failures, given the number of disks N and the redundancy rate p which represents the amount of disk spaces to store parity information. To begin with, we transform the data/parity placement problem into the problem of constructing an N×N matrix such that the matrix will correspond to a solution to the problem. The method to construct a matrix has been proposed and we have shown how our method works through several illustrative examples. It is also shown that any matrix constructed by our proposed method can be mapped into a solution to the placement problem if a certain condition holds between N and p where N is the number of disks and p is a redundancy rate     

Reconstruct versus read-modify writes in RAID

RAID5 (Redundant Arrays of Independent Disk level 5) is a popular paradigm, which uses parity to protect against single disk failures. A major shortcoming of RAID5 is the small write penalty, i.e., the cost of updating parity when a data block is modified. Read-modify writes and reconstruct writes are alternative methods for updating small data and parity blocks. We use a queuing formulation to determine conditions under which one method outperforms the other. Our analysis shows that in the case of RAID6 and more generally disk arrays with k check disks tolerating k disk failures, RCW outperforms RMW for higher values of N and G. We note that clustered RAID and variable scope of parity protection methods favor reconstruct writes. A dynamic scheme to determine the more desirable policy based on the availability of appropriate cached blocks is proposed.     

子阵列数据布局方法在网络存储中的应用

RAID的高性能源于无差异磁盘组的并行工作。但受网络等因素的影响,网络存储阵列系统中各个磁盘的性能是有差异的,这直接导致系统并行度的降低。现有的研究大都是通过改变RAID中数据单元和校验单元的布局方式来平衡磁盘间的差异。该文根据不同存储应用的特点,提出了子阵列数据布局方法来解决这一问题,显著提高了网络存储系统的性能。     

A multiple disk failure recovery scheme in RAID systems

In this paper, we propose a practical disk error recovery scheme tolerating multiple simultaneous disk failures in a typical RAID system, resulting in improvement in availability and reliability. The scheme is composed of the encoding and the decoding processes. The encoding process is defined by making one horizontal parity and a number of vertical parities. The decoding process is defined by a data recovering method for multiple disk failures including the parity disks. The proposed error recovery scheme is proven to correctly recover the original data for multiple simultaneous disk failures regardless of the positions of the failed disks. The proposed error recovery scheme only uses exclusive OR operations and simple arithmetic operations, which can be easily implemented on current RAID systems without hardware changes.     

阵列矩阵RAID50研究——容量聚合与全并发策略

提出了一种跨多阵列通道的海量存储RAID50模型,通过采取多阵列卡的RAID0分条和阵列卡上多磁盘RAID5分条和校验的二级并发的数据组织与分块方式,以扩展块（大小等于阵列卡上的一个RAID5校验组）作为Cache和阵列之间数据交换的单位,实现了将阵列矩阵中所有磁盘的容量聚合及全并发访问。设计了该模型逻辑卷管理的最佳适配算法及二级地址映射算法。理论分析与实验结果表明：该策略将I/O响应时间降到了最低,且获得了与阵列通道数线性相关的逻辑卷容量和I/O性能。     

一种面向RAID阵列的SSD设计优化方法

随着大数据时代的到来,固态硬盘已经逐渐在大型数据中心得到应用。作为使用最广泛的RAID技术,RAID5也开始应用于固态硬盘阵列,以保证数据的可靠性。然而,RAID5中校验信息需要频繁地更新,尤其在随机访问中,频繁地更新校验信息将会对固态硬盘阵列的性能和寿命造成很大的影响,针对此问题,提出PA SSD(Parity Aware Solid State Disk)控制器设计,从RAID5控制器得到校验信息的逻辑地址,在SSD控制器中设置一个缓存Pcache,暂存更新后的校验信息,并在SSD中将数据和校验分开布局,设置专门的区域存放校验信息。通过实验仿真测试,提出的方法能有效地减少校验信息对SSD的写操作,并且减少了SSD的擦除次数,提升了SSD阵列的性能和寿命。