磁盘阵列中在线扩容与快照技术的研究与实现

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1、华中科技大学硕士学位论文磁盘阵列中在线扩容与快照技术的研究与实现姓名：汪芳申请学位级别：硕士专业：计算机系统结构指导教师：冯丹20070606华中科技大学硕士学位论文摘要*随着信息技术的飞速发展以及各种数字技术的兴起和普及，用户对数据的高可用性、安全性的要求进一步推动了存储技术的发展。在数据不间断可用性的前提下，如何在线扩展存储系统的容量，如何对数据进行容错备份和恢复成为信息存储界研究的重点。磁盘阵列作为存储系统中的关键设备，在线扩容是其一项必不可少的功能，在线扩容是指在不影响用户正常使用的情况下，添加新的磁盘到系统中，达到扩充阵列容量并提高阵列并行度的目标。在阵列控制软件已有代码的基础上增

2、加扩容功能，采用自旋锁、原子变量等同步机制保护临界资源，保证扩容窗口内数据访问的一致性。采用多线程技术加快扩容的过程，扩容读写操作并行执行，将数据读出按照新的磁盘配置重新分布数据。实验结果验证了在线扩容的有效性。快照技术是实现在线热备份数据的重要手段。在磁盘阵列中采用快照技术可以有效地避免用户操作错误、病毒攻击等非硬件故障造成的数据丢失。写时拷贝是一种常用的快照方法，针对其写性能较差的缺点，提出了一种改进方法，核心是采用异步线程在后台进行快照块的写入操作，从而减少正常写请求的响应时间。在磁盘阵列中实现了基于这种改进的写时拷贝技术的多时间点快照方案，其快照区采用预留方式，并采用哈希表查找已快照过

3、的块，采用多线程技术来加快快照和回退过程。测试结果表明，改进的快照方案进一步提高了系统的性能和可靠性。关键字：磁盘阵列；在线扩容；快照；写时拷贝*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-04-0693)资助。I华中科技大学硕士学位论文Abstract∗Withthetherapiddevelopmentofinformationtechnologyandpopularityofemergingdigitaltechnologies,thedemandsofdatahighavailabilityandsafe

4、tyarepushingthestoragetechnologydevelopment.Onthepremiseofuninterrupteddataavailability,howtoonlineincreasestoragesystemcapacity,backupandrecoveryimportantdatahavebecomethefocusofresearch.RAIDisthebasedeviceforstoragesystemsandonlinecapacityexpansionisanessentialfunctionofit.Onlinecapacityexpansionf

5、unctioncanaddadditionaldisksintoRAIDwithoutsuspendingnormalrequests.Synchronizationmechanismsareadoptedtoguaranteethedataaccessconsisitencyintheexpansionwindow.Dataareredistributedtoalldisksinaccordancewiththenewarrayconfiguration.Itsvalidityhasbeenprovenbyexperiments.Snapshotisapopulartechniqueforo

6、nlinehotbackup.SinceRAIDcanonlytoleratediskhardwarefailure,adoptingsnapshotinRAIDcanavoiddatalosscausedbyusererrors,virusattacksetc.Copy-On-Write(COW)isacommonusedsnapshottechniquebecauseofinstantaneouscreationandsmallcapacityoccupation,butitswriteperformancewaspoor.WiththecarefulanalysisofCOWwritep

7、rocedure,anasynchronousthreadisproposedforwritingsnapshotblocktosnapshotvolume.Normalwriterequestresponsetimecanbereduced.ThisimprovedCOWsnapshottechniquehasbeenimplementedinRAID.Itssnapshotvolumeispr