一种固态盘存储阵列的设计与实现

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1、分类号；ＴＰ３９３单位代码：１０１８３研究生学号！２０１３５３２００７密级：公开古林大学硕女学位论文弟术単位（）—种固态盘存储阵列的设计与实现ＤｅｓｉｇｎａｎｄＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆａＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｉｓｋＡｒｒａｙ作者姓名；李祥楠专业：计算机系统结构研究方向：网络安全与网格计算指＾教师：李强副教授培养单位：计算机科学与技术学膝２０１６年４月未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版

2、本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使巧（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕±学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容夕ｈ，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成；果。对苹文的研究做出重要贡献的个人和集体，巧己在文中Ｌｊ、明确方式标明。本人完全意识到本声

3、明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日巧：２０１６年少月一种固态盘存储阵列的设计与实现DesignandImplementationofaSolidStateDiskArray作者姓名：李祥楠专业名称：计算机系统结构指导教师：李强副教授学位类别：工学硕士答辩日期：2016年ϱ月Ϯϱ日摘要一种固态盘存储阵列的设计与实现爆炸式增长的数据量对存储系统的性能和可靠性都提出了更高的要求，以磁性物质为介质的硬盘很难达到现有的对存储系统的要求。基于闪存的固态盘（solidstatedisk，SS

4、D）是采用闪存芯片作为存储介质构建成的数据存储设备，具有抗震性好、能耗低、存取速度高等特点。随着固态盘容量的提高和价格的降低，固态盘相对于磁盘的优势也越来越明显。但是其容量的提升是以降低可靠性为代价的，随着闪存单元中多比特错误变得越来越常见，能够修复单比特错误的传统纠错码已经不再全面有效。此外，固态盘存在着随机写性能差和使用寿命有限等问题，单块固态盘难以满足人们对存储系统高可靠性、高容量、高性能的要求。正因为如此，基于闪存的存储应该利用那些应用于RAID配置的策略，但固态盘提供了许多不同于传统磁盘的

5、功能，将RAID算法直接应用于固态盘又会遇到很多挑战。基于此，本文的主要工作有：1）对现有的几种典型的固态盘阵列技术Diff-RAID、I-CASH、FRA，及寿命感知可靠性方案进行了方法介绍，并对各个方法的性能从小写、随机写、寿命、可靠性等几个方面进行了分析和比较。2）针对中小型企业普遍存在的问题，参与设计了一种新型固态盘阵列RAID-CP（RAIDwithCo-locatedParityHome）,RAID-CP用多个RAID共享校验盘，将其组合成一个校验盘组（ParityHome），解决了负载

6、比较忙的RAID校验信息访问成为瓶颈的问题，ParityHome用磁盘存储校验信息避免了数据频繁写入对固态盘的损伤，享受了校验信息带来的容错却没有损伤固态盘的寿命。进行数据恢复时，相比于其他RAID系统，RAID-CP优先恢复最热的数据，降低了用户响应延迟和数据恢复时间，提高了系统性能。3）为了验证RAID-CP的性能，利用DeviceMapper框架在Linux内核中增加ParityHome设备驱动模块，同时修改内核块设备驱动MD模块，在版本为3.14.35的linux内核中实现了RAID-CP系

7、统。4）测试RAID-CP和其他RAID系统的正常IO延迟、数据重建时间和在线恢复IO延迟。实验结果表明：RAID-CP的平均正常IO延迟比其他RAID系统的平均正常IO延迟低4%~8%。在数据恢复上，RAID-CP的数据重建时间比其他RAID系统低5.78%~17.48%，在线恢复IO延迟比其他RAID系统低9.84%~50.35，同时数据恢复带来校验信息的频繁读取操作并没有对RAID-CP上其他的卷造成负面影响。关键词：固态盘，磁盘阵列，缓存，日志写AbstractDesignandImplem

8、entationofaSolidStateDiskArrayBecauseoftheexplosivegrowthofdata,peoplehaveputforwardhigherandhigherrequirementsontheperformanceandreliabilityofthestoragesystem,thedisk-basedstoragedevicesaredifficulttosatisfytheexistingdemandforthestora