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RAID系统的虚拟磁盘模块设计和容错技术研究

2020-11-29阅读(797)

RAID系统的虚拟磁盘模块设计和容错技术研究

论文摘要

在飞速发展的信息技术中,信息存储技术变得日益重要。越来越多的公司需要依靠存储的数据信息,为他们的决策提供快速高效的支持。此外,对于电信、金融等行业,每时每刻都会产生大量的存储信息和管理数据,数据信息的安全显得尤为重要。然而存储系统的发展步伐相对落后于CPU的计算速度发展,造成了计算机性能的瓶颈。于是独立冗余磁盘阵列RAID系统作为提高存储系统性能的重要解决方案具有越来越大的市场。在整个RAID系统中,虚拟磁盘模块(Vdisk)是最为重要的模块。Vdisk模块根据不同的RAID等级或新的RAID算法,完成信息数据和校验数据在物理磁盘的数据布局;在系统产生读写任务的时候,Vdisk模块负责虚拟磁盘与实际物理磁盘的地址映射;此外,Vdisk模块还负责磁盘发生损坏时,磁盘的重构和数据的恢复,具有对异常情况的处理能力。正是基于以上三点,Vdisk模块设计的好坏,直接关系到RAID系统的容错性能。本文首先介绍了RAID系统的概况,以及虚拟磁盘模块(Vdisk)的作用和重要性。然后针对Vdisk模块简要介绍了各种常见的RAID级别,并对目前RAID系统中的容错技术和方法进行分析,介绍几种常见的RAID容错技术,包括相应的重构技术。接着着重对RAID 5EE这一比较流行的算法进行了介绍,特别是容错方面技术的改进及其算法实现。最后提出了一种全新的三容错数据布局方法HDD,该方法在一块磁盘分区中使用水平校验、第一对角校验和第二对角校验三种校验信息来存放冗余信息,以达到三容错的目的。HDD使系统能在三个磁盘同时发生损坏的情况下快速恢复数据,大大提高了RAID系统的可靠性。性能分析的结果表明,HDD方法在三容错的前提下,编码解码效率、小块数据读写速度、数据冗余度等方面都有很好的性能表现。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 本文的研究背景
  • 1.2 存储系统发展概况
  • 1.3 本文的研究工作
  • 第二章 独立冗余磁盘阵列RAID
  • 2.1 RAID 基本原理
  • 2.2 RAID 级别
  • 2.2.1 RAID 级别的定义
  • 2.2.2 现有RAID 级别
  • 2.3 RAID 系统基本结构
  • 2.4 本章 小结
  • 第三章 RAID 系统容错技术的介绍
  • 3.1 基本RAID 等级的容错性
  • 3.2 DP-RAID 的容错性
  • 3.3 RAID 6 的容错性
  • 3.3.1 RAID 6 的工作原理
  • 3.3.2 RAID 6 的容错原理
  • 3.4 EVENODD 和STAR 算法
  • 3.5 Reed-Solomon（RS）算法
  • 第四章 RAID 5EE 容错技术的改进及其算法实现
  • 4.1 RAID 5EE 原理
  • 4.2 RAID 5EE 容错技术的改进
  • 4.2.1 RAID 5EE 的四种系统状态
  • 4.2.2 RAID 5EE 容错原理
  • 4.3 RAID 5EE 重构的实现
  • 4.3.1 系统初始化
  • 4.3.2 tVdiskRB1 进程
  • 4.3.3 iVsche 进程
  • 4.3.4 VirtualInia（）函数
  • 4.3.5 tVdiskRB2 进程
  • 4.4 RAID 5EE 重构在Vdisk 模块的实现
  • 4.4.1 Vdisk 模块的主要数据结构
  • 4.4.2 Vdisk 模块的主要函数
  • 4.5 模块间的通信机制
  • 4.6 本章 小结
  • 第五章 虚拟磁盘模块三容错数据布局研究
  • 5.1 多容错码数据布局研究
  • 5.1.1 双容错数据布局研究现状
  • 5.1.2 三容错数据布局研究现状
  • 5.2 三容错码HDD
  • 5.2.1 HDD 的编码
  • 5.2.2 HDD 的解码
  • 5.2.3 HDD 性能分析
  • 5.3 本章 小结
  • 第六章 总结与展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士学位期间发表的学术论文

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