RAID5读写性能优化研究

摘要

随着计算机技术的迅猛发展,磁盘存储设备的存取速度已经远远不能匹配 CPU的处理速度。为了缩短速度上的差异,目前许多大型服务器的磁盘大多采用RAID技术。RAID5磁盘阵列在一定程度上缩短了I/O请求的响应时间,提高存储系统的I/O性能。如何合理地优化改进 RAID5系统读写性能,使其发挥最大的效益,始终是存储子系统关注的焦点。
　　当前 IO存储子系统在实现时都使用各自的缓存系统,这存在着重复的内存拷贝现象,会导致CPU开销的增加,从而降低磁盘阵列I/O性能。为了减少不必要的内存拷贝,对于 RAID5上面的读性能优化,采用零拷贝策略加以改进。该方法的核心是在处理IO读请求时,绕开内核系统在驱动层提供的缓存,直接进行数据交互,从而提高系统的访问性能。测试表明,改进后的RAID5系统,同一条带内的读请求提高更为显著。
　　在多用户小数据访问 RAID5系统时,存在着小数据写性能的缺陷。深入 Linux内核代码分析研究,发现内核处理写 I/O请求会在非满条带写处理时出现磁盘 IO等待现象,采用添加辅助缓存策略优化改进 RAID5写性能。该策略的核心是内核在处理写请求时,将要计算的新校验信息存放在添加的辅助缓存中,实现了校验信息的计算和数据的读写分离进行,消除了磁盘 IO等待时间,从而提升了系统的小写性能。测试表明,改进后的RAID5系统,在非满条带写的情况下性能优化良好,较好的解决了小写性能差的问题。

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1 绪 论

1.1 课题背景

1.2 磁盘阵列RAID5技术的研究概况

1.3 本文研究的内容和组织

2 RAID5系统分析与改进

2.1 阵列数据布局和请求处理结构

2.2 阵列请求映射流程

2.3 RAID5性能影响因素与改进方法

2.4 本章小结

3 RAID5读流程改进方法

3.1 内核请求处理层次模型

3.2 RAID5读请求处理流程

3.3 零拷贝策略的设计

3.4 零拷贝策略的实现

3.5 本章小结

4 RAID5写流程改进方法

4.1 RAID5条带校验方式

4.2 RAID5写请求处理流程

4.3 添加辅助缓存策略的设计

4.4 添加辅助缓存策略的实现

4.5 本章小结

5 性能测试与分析研究

5.1 测试环境

5.2 测试方案

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