基于RAID5的连续数据保护系统设计与实现

摘要

随着信息技术的飞速发展以及各种数字技术的普及,用户对数据高可靠性、高带宽的要求进一步推动的存储技术的发展。传统磁盘阵列技术在带来高带宽的同时也很好的解决了因磁盘硬件失效造成的数据丢失问题,而存储系统时刻面临着操作失误、病毒攻击等引起数据损坏的风险,如何确保数据精确恢复到损坏前的状态,同时保证高带宽要求成为存储界研究的重点。
　　在分析现有采用容错磁盘阵列存储系统基础上,基于TRAP-Array体系结构中TRAP-4原理提出了写性能优化方法(Write Performance Optimization based on TRAP-4,WPOT)。该方法的核心是利用RAID4/5校验信息与连续数据保护系统冗余数据的关联性,通过暂停阵列校验信息的更新减少写请求时磁盘I/O次数从而提高系统的访问性能,同时结合连续数据保护系统冗余数据可实现磁盘失效的恢复和快速回退阵列状态到任意时间点,全面保障了系统的可靠性。
　　在Linux系统原有的磁盘阵列软件模块框架基础上,实现了WPOT原型系统,通过专业的测试工具分别测试了TRAP-4系统、传统RAID5阵列与WPOT系统性能数据,对比分析了各系统在不同负载下的表现,同时比较了TRAP-4系统与WPOT系统在磁盘失效恢复时间方面的差异。测试结果表明WPOT系统写性能高于TRAP-4和RAID5阵列,尤其在小数据块随机写请求密集负载时访问性能提升更为明显,平均请求响应时间比TRAP-4减少50％,比RAID5减少48％,磁盘失效恢复时间略多于TRAP-4系统,增加了10％。

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1 绪 论

1.1课题背景

1.2容错磁盘阵列性能优化技术研究现状

1.3连续数据保护技术研究现状

1.4本文研究的内容与组织

2 TRAP-4存储系统分析

2.1TRAP-4存储系统原理

2.2TRAP-4请求开销分析

2.3本章小节

3 WPOT系统设计与分析

3.1TRAP-4写性能改进方法

3.2WPOT与TRAP-4开销对比

3.3WPOT系统整体结构设计

3.4Hash链表结构设计

3.5WPOT可靠性分析

3.6本章小结

4 WPOT请求处理流程设计与实现

4.1RAID5请求处理流程分析

4.2WPOT写请求处理流程设计

4.3WPOT磁盘失效恢复流程设计

4.4WPOT数据回退流程设计

4.5WPOT请求处理实现

4.6本章小结

5 性能测试与分析

5.1测试环境

5.2测试方法与测试内容

5.3测试结果及分析

5.4本章小结

6 全文总结

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间申请的专利