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1、华中科技大学 硕士学位论文 容双盘错RDP算法的设计与实现 姓名：兰玉龙 申请学位级别：硕士 专业：计算机系统结构 指导教师：王芳 20070606 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘摘 要要 随着存储技术的发展，人们对信息存储可靠性的要求越来越高。磁盘阵列在提供 高可靠性的同时，还能通过异步访问各成员磁盘，提供高带宽和大容量，受到使用者 们的青睐。磁盘阵列有多种级别，能满足用户的不同可靠性的要求。目前，容磁盘出 错技术最成熟的是 RAID5，但是它只能容一个磁盘出错。可靠性不够高。 容双盘错磁盘阵列以严格的数学理论作为基础，
2、通过存储冗余校验数据，保证任 意两个磁盘失效时仍然能够提供数据访问。它的实现算法有很多，也各有优劣，然而 在保持通用性并且能提供高性能的要求下， RDP(Row-Diagonal Parity)算法是一种较好 的选择。RDP 算法作为一种计算开销最优化的 RAID6 算法，能有效地提升 RAID6 性 能， 但是组成阵列的磁盘个数受到算法的限制。 造成容量浪费， 同时不利于在线扩容、 在线级别调整等扩展功能的实现。 为解除对磁盘个数的限制，提出虚拟成员磁盘，用 0 填充虚拟磁盘数据的算法。 通过分析和比较，提出单条带方法实现 RDP 算法，在进一步优化了 RDP 算法的基础 上，有效解除了对组
3、成阵列的磁盘个数的限制。通过实际测试表明，在同等实现条件 和阵列配置下， 相对 Reed-Solomon 算法， 该 RAID6 算法正常的顺序写最优改进 23%， 在双盘失效时顺序读最优改进 18.3%。 此外，为完善磁盘阵列的功能，在该算法的阵列上还完成了在线扩容功能。在线 扩容是一种不需要停止磁盘阵列，在阵列运行过程中就能向阵列中添加新的磁盘，扩 充容量同时提供数据访问，极大的方便了阵列的使用。 关键字关键字：行对角奇偶校验；磁盘阵列；数据重建；在线扩容 本文的研究工作受国家重点基础研究发展计划(973 计划)资助项目(2004CB318201)，新世纪优秀人才支持计划 (NCET-04
4、-0693)资助。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract With the development of storage technology, the reliability of data storage is more and more emphasized. RAID is much popular in all kinds of the users, because it can not only provide high reliability, but also achieve high bandw
5、idth and huge capacity. RAID has different level, which can satisfy different need of reliability. At present, the mellow tolerating disk failure technology is the level of five, which can tolerate one disk failure. Its reliability is not enough. The technology of Tolerating two disk Failures based
6、on the strict mathematics theory, can provide data-access currently even if two of disks miss data by depositing redundant parity data. This level of RAID can be implemented by much algorithm, and each has its strong point, however, we have to choose one algorithm which can not only keep universal,
7、but also have high performance. So is RDP (Row Diagonal Parity). RDP, as a optimal algorithm for two disks failure correction (RAID6), can improve the performance of RAID6 efficiently, but the disks of composing RAID6 is limited by the algorithm, which make capacity wasted, and not convenient for fu
8、nction addition such as online capacity expansion and online level change. In order to overcome the limited of disks, dummy some member disks of RAID6 is proposed. According to implementing single stripe RDP and this algorithm, the performance is improved and at the same time the limitation is relea
9、sed. By the real test, comparing with Reed-Solomon algorithm in the similar condition, the performance of this algorithm has improved 23.1 percent in sequence-write and 18.3 percent in sequence-read. Whats more, in order to make this disk array self-contained, Online Capacity Expansion is implemente
10、d on this RAID6. Online Capacity Expansion technology is a very useful function in RAID, which can bind new disks into running RAID6. When the capacity expansion is running, which makes RAID6 using much facility. Keywords ： Row Diagonal Parity; Redundant Arrays of Inexpensive Disks; Data Reconstruct
11、ion; Online Capacity Expansion The research is supported by National Basic Research Program of China (973 Program) under Grant No. 2004CB318201, Program for New Century Excellent Talents in University (NCET-04-0693). 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。近我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不 包含任何其他人或集体已经发表
12、或撰写过的研究成果。 对本文的研究做出 贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明 的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许 论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段 保存和汇编本学位论文。 本论文属于 保密，在_年解密后适用本授权书。 不保密 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师
13、签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪论绪论 1.1 课题背景课题背景 国家信息系统的建立、金融和通讯等领域的不断发展，对于大容量存储系统的需 求迫在眉睫。单个磁盘容量的发展虽然可观，但是对于如国家信息部门，通讯部门， 金融部门等的应用，显得微不足道。近几年来，存储快速发展。以虚拟存储为代表的 商业化方案更看重总体架构上的创新与研发。 在网络存储飞速发展的今天， IT 行业已 经从 PC 网络步入了以存储为核心的时代1。从全球的环境看，存储市场已经走过市 场导入阶段，并处于高速成
14、长期。据日立环球存储负责产品战略和营销部门预测1， 到2009年磁盘存储的总容量将达到一百九十五个百万TB， 全球信息化程度继续提高、 移动计算设备越来越高速的普及化等都要求对数据以更安全可靠的方式进行存储， 而 这些都成为存储容量继续高速增长的驱动力。 存储的高速发展，使得大容量存储系统的需求与日俱增。虚拟高速网络存储，面 向对象存储系统，还有当前热门的 SAN，NAS 等，网络存储技术被广泛采用，受到 市场的青睐。在这些存储组织模式中，通过网络互连，将存储结点有效地连接起来， 形成大容量存储系统。然而这并不能淹没 RAID(Redundant Array of Independent Di
15、sks 独立冗余磁盘阵列) 2的显著优势。以上提到的各种网络存储技术主要从架构上对存 储系统进行改造，将存储网络化，组合网络上的各分散结点，形成大容量存储器。对 于磁盘和结点失效造成的数据丢失，他们并没有很好的恢复机制。将磁盘阵列作为网 络存储底层的结点， 或者利用磁盘阵列冗余算法将各网络组合成容网络结点失效的存 储系统，提供数据容错能力和较高可靠性的网络存储系统，对于网络存储将是锦上添 花3。 磁盘阵列一般作为基本结点，参与架构组织，在底层容量和带宽上，都起到 了解决底层磁盘瓶颈的作用，对整个系统性能的提升起到了不可忽视的作用4。 RAID技术的支持者认为, RAID 可以显著提高整个磁盘子系统的性能, 同时能增 强数据的可用性。许多厂家不惜投入重金，致力于RAID技术的研究。这些厂家的产 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 品特点在于充分利用了如高速系统总线等专用平台的优势，容量大，数传率高。 SUNMicrosystem的Fiber2000总存储容量可达到PB(106G)级, 同时数据传输率在 100MB/s左右，但价格也极其昂贵5。惠普，EMC，SUN，IBM，华为，中兴等国际 知名公司均在存储领域推出了各种系列的磁盘阵列机，高端上百万元，低端的也要几 万6。2003年，
