TW201124836A - Raid system - Google Patents

Description

201124836 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於-種磁碟陣列系統，且特 有較快的隨機寫入速率之磁碟陣列系統。 〃 【先前技術】

I近者數位科技的普及發展，與生活息息相 件立棺案、書信甚至個人資訊或是各種多顧影音資訊已 遍數位化。各種重要的個人資料、公司機•宰甚 是：府建檔都依賴電子系統的儲存與傳遞。然而；二般個 人電細，用的數位儲存裝置，通常為單—硬碟二 dnve)。單-硬碟的容量有限，並且其寫 速 :其讀寫頭、硬碟轉速、匯流排 t曹頸。此外’—旦當單—硬碟遭遇斷電 或遭病毋、财攻擊時多半無法提供足_定度與 性，其中儲存的重要資訊可能難以取回。 目則市面上，可見針對各種入門或進階應用的各種儲 予裝置例如具有鏡像儲存與槽案修護功能的磁碟陣列 ί dundant Array of Independent Disks, RAID)系統，其可配 二獨立的磁碟陣列控㈣，以特定的演算法將重要的文件 稽案=善齡’藉此擴大剌陣列系統的整舰存空間、 加!·夬喂寫速度、或當檔案發生損壞時提供檔案救援功能。 一—目前這種磁碟陣列儲存裝置廣泛應用在政府機關、金 .融行業甚至個人的應料合，然而為㈣各種不同的應用 3 201124836 場^而產生不同的需求(如空間大小、速度、利用效率 及貝料安全性），目前習知的磁碟陣列已發展出多種不 的演鼻法及磁碟陣列架構。 早期的第-類磁碟陣列（RAID 1}係直接採用鏡像 (ΠΠ_方式’將所有資料完全複製到鏡像硬碟中，這樣 女全性雖高’但儲存空間的等效制效率偏低，此例中僅 為50%，且寫入未有提升。纟中，若為達到槽案修復的功 能且維持較高的空間效率，通常湘特定的儲存單元來保 存錯誤驗證碼(_ detecting牆），其巾帛三類磁碟陣列 (RAID 3)及帛四類顯陣雜娜4)的錯顯證碼主要採 用以奇偶驗證為基礎的同位元驗證資訊咖卿infbrmatk)n)， 例如：同位元驗證位元(parity bit)或同位元驗證區塊❻ block)。 若以四組硬碟組成的第三類磁碟陣列(RAID 3)或第四 類磁碟陣列(RAID 4)，一般來說，其指定其中一組硬碟為 同位元硬碟，而利用三組硬碟作為資料硬碟。第三類磁碟 陣列及第四類磁碟陣列可利用同位元硬碟儲存資料救援需 要的同位元驗證碼，當其中任何一組資料硬碟損壞時，可透 過其他的資料硬碟與同位元硬碟將其内容重新還原，且儲存 空間的等效使用效率較高。 第三類磁碟陣列及第四類磁碟陣列這一類型的磁碟陣 列架構’雖然在循序讀寫與隨機讀取都有不錯的表現，但 其隨機寫入速度之瓶頸便主要受限於同位元硬碟的寫入速 ^ 201124836

相較之下’另-種磁碟陣列架 (RAID 寫入排9在各個硬碟當中’透過適當的 度。』ti五ir_列可達到較佳的隨機寫入速 二不易、二Hif㈣其同位元驗證碼分_較分散 而不易5理，且其資料管理與錯誤還 雜，在系統維護上的困難度與購置成本上相對較高。乂'、、、 •作為列系統’其採用快速的實體硬碟 的:子早? ’或建立一個子磁碟陣列以作為邏輯式 、间逮同位7C儲存模組，以解決上述問題。 【發明内容】 本發明之—射在於提供-種磁碟_系統。 *元：=:單Π:系統包含複數個資料儲存 I 該箅資彻中，該同位元儲存單元配合 夕====== 弟寫入速度大於每一資料儲存單元之一第二窝入 迷度。 阿、 根據另—具體實施例，磁碟陣列系統包含複數個資料 一同位元儲存單元。其中’該同位元儲存模組配 貝枓儲存單元形成一第一磁碟陣列，該同位元儲存 果、、且_以儲存該第一磁碟陣列之一同位元驗證碼資訊， 同位凡儲存模組包含複數個同位·存單元，該同位元儲^ 201124836 模組中的該等同位元 位元錯存模組其整體的Γ第宫形成—第二磁碟陣列，該同 元之-第二寫人迷度。-入速度大於每-=賣料儲存單 她於先前技術，本發明 早-高速的實體儲存媒齡兔]錢’其可採用 用多個儲存媒體妒成、’、、、5立凡儲存單元’或亦可採 存模組，藉騎^元1=_作為雜_同位元儲 ^機寫入速度的磁碟陣列系統。 心永構出具有向 關於本發明之優點與精神 所附圖式得到進-步_=猎的發明詳述及 【實施方式】 中磁據本發明之第—具體實施例 …、'先1的不思圖。如圖一所不，磁碟陣列系统 碟二:/!元儲存單元10、複數個資料儲存單元以及磁 二一】控制窃18，於此實施例中，磁碟陣列系統1此 、、且^料儲存單元u、μ以及10，但本發明並不以此 二限’實際應用中’磁碟陣列系統1的資料儲存單元 里可視儲存空間的大小需求、設置經費、應用用途等各 =別因素调整，其為習知技藝之人所熟知。磁碟陣列控制 °° 18 了分別與同位元儲存單元1〇及該等資料儲存單元 12、14以及16耦接，磁碟陣列控制器18用以 或寫入上述儲存媒體的指令。 貝 201124836 圖一中所繪示的例子中，同位元儲存單元ίο與資料儲 存單元(12、14及16)可分別為一硬碟，同位元儲存單元1〇 配合該等資料儲存單元形成一磁碟陣列。於此實施例中， 同位凡儲存單元1〇與該等資料儲存單元i2, 14, 16所形成 的磁碟陣列其架構可為採用位元交錯儲存(Bit-intedeaving) 技術之第三類磁碟陣列(RAID 3)或是採用區塊交錯儲存 (Block-interleaving)技術之第四類磁碟陣列(RAId 4)。

在第二類磁碟陣列及第四類磁碟陣列的架構下，其主 要將各種槽案資料儲存至三個資料儲存單元(l2、14及 可利用陳元儲存單元1G儲存㈣救援需要的同 驗證碼資訊(如圖一中的同位元驗證碼p〇〜pn)，實際應用 同位m碼錄(parity info聰tiQn)可如位元驗證位 :㈣⑽或同位元驗證區塊(Parity b1〇ck)。例如於圖一 用儲存單7010巾的其中一個同位元驗證碼P0，即 /ίΙΓ存單7"12中的樓案資料則、資料儲存 早兀14中的檔案資料D〇2 一 ^^ ^ 案資料D〇3。 从4儲存早το 16中的播 可八歷^ 1Q巾的各銅位元驗證碼， 0儲存單元中的檔案資料Dxl、Dx2及 Dx3，其中 〇$χ$η。 他的㈣損躺，可透過其 新還原， 同位兀储存早7010的硬·員壞時，亦可直接替換同位元二 201124836 存單兀10重新產生同位元驗證碼。 轉户ts，用RAID 3或从10 4架構的磁碟陣列系 mr喊寫人時，其以逮度表現較為歸。這是 ⑽13 4 _的磁碟陣㈣統在每次標案 ^’都需要對同位元儲存單元1G中相對應 的同位元驗證碼進行修改。 f心、 便寫入資料儲存單元12中的播案資料如， ί 元儲存單元10中的同位元驗證碼ρι;接 者::欲寫入貝料儲存單元14中的檔案資料D Γ併修改同位元儲存單元1G中的同位元驗證碼P3。因上述 母一個別，隨機寫人程序皆需_位元儲存單元ω進行修 改’所以單-時間點僅能執行單—的隨機寫人流程。/ 也就是說，在上述隨機寫入流程中，同一時 兩組硬碟實際在執行寫人操糊位元齡單元1G錢^ -組資料儲存單元），而另外兩組資料儲存 硬碑 為閒置狀態。 W更磲則 第三類磁碟陣列及第四類磁碟陣列這一 列架構，其整體的寫人速度主要受該_元 寫入速度所影響。 平凡10的 需特別說_是’於本發日种的磁碟_系統 決上述問題，同位元儲存單元10選用相對 儲 體’例如於此實施财，同位元齡單元1G可採媒 碟(Solid State Drive，SSD)，目前 SSD 硬碟因較快 201124836 速度以及較高的震動耐受度而受 SSD硬碟一般來說容量較小，且j獨目。然而，因目前 SSD硬碟來架構整個磁碟陣 ^本較高，若全面採用 益，於此實施例中，磁碟陣列系必符合最佳的成本效 可採用SSD硬碟，來提高整體磁的同^元儲存單元K) 取速率。 系陣列系統1的隨機存

率如下表—所目^/見的各雖存媒體其約略的隨機寫入速 入速率秒） 100 SAS 硬碟（轉速 i〇〇〇0rpm；) SATA 硬碟（轉速 7200rpm)

40 30 20 如表一所示，同位元儲存單元1〇若採用相對高速的 SSD硬碟，比起一般大容量的SATA硬碟可達到三倍至五倍 的寫入速度。 。 然而本發明的同位元儲存單元10並不以SSD硬碟為 限’實際應用中，其亦可採用較高轉速的序列式小型計算 機系統介面(Serial Attached SCSI, SAS)硬碟或序列式高 技術配置(Serial Advanced Technology Attachment，SATA) 201124836 硬碟，也就是說，當同位元 於磁碟陣列純丨其他的資料入速度大 果，且不需要將磁碟陣列機寫入速率的效 丨的設置=高或一速硬碟’可避免磁碟陣列系統 在上述實施例中，磁碟陣 元10係採用單-的實體硬碟作古、进 、同位元儲存單 明並不以此為限。於另一具體實H的儲存媒體，然而本發 系統亦可採用多個硬1 ，本發明的磁碟陣列 磁碟陣列作為邏輯㈣高速同位元儲麵組。_該子 示根據本發明之第二具 統3的不意圖。於圖二所示的 碟陣列糸 列系統3中包含同位元儲存模組3〇、資料儲一，碟陣 料儲存單元34、資料儲存單元以磁:兀32、資 '其中，同位元儲存模組3〇、資料車列，器 存單元34與資料儲存單元36 士 ^ 二貝料儲 磁雄陆、< 开》成—第一磁碟陣列，第一 ，塊交錯儲存技術之第四類磁碟陣歹 1:;== 另贅述。 第具體實施例中相似，故在此不 的同r第^f實施例不同之處在於’第二具體實施例中 w 2存g包含複數個同位元儲存單元，於圖-的例子中’同位元儲存模組3G共包含三個同位元儲存^ 201124836 ° 存模組3q可進—步包含分別與該 等同位70儲存单元(3〇〇, 3〇2, 3〇4)轉接的磁 遍，其中，該等同位元儲存單元_，搬，綱)可形= 第一磁碟陣列。 上述只轭例中，同位元儲存模組3〇具有獨立設置的磁 碟陣列控制n 3 G 6，但本發明並不以此域。於另一實施 例:，磁碟陣列控制器3〇6可與磁碟陣列控制器38整合 於早-處理晶片巾’或是，磁碟陣列控制器3〇6及磁碟陣 列控制器38亦可利用特定的軟體控制程序、或韌體控制 程序加以實現，磁碟陣列控制器的控制方法 為習知技藝之人所熟知，在此不另贅述。 ，、構 欠需特別說明的是，該第一磁碟陣列之一同位元驗證碼 資訊便儲存於由同位元儲存單元3〇〇, 3〇2, 304形成的第二磁 碟陣列當中。也就是說，本發明的第一磁碟陣列便利用此 第二磁碟陣列（包含同位元儲存單元300, 302, 304)作為邏輯 性的同位元儲存模組30。 其中’第二磁碟陣列可為數據分條(Data stripping)技 術之第零類磁碟陣列(RAID 0)，在第零類磁碟陣列的架構 中’並不具有冗餘備份功能’而是將欲寫入的資訊，切分 N等份(於此例中為三等分），並分別寫入該等同位元儲存 单元300，302，304當中，藉此約可達到相對單一的儲存硬體 其三倍的寫入速度。 例如於此實施例中，當同位元儲存模組30共包含3個同 位元儲存單元時，同位元儲存模組30其整體之寫入速度大 201124836 =同=儲存早元之個別寫入速度的3倍。也就是說， ;由^ID G的磁碟陣列架構，同位_存模組30的整體 =入速度可為単-同位元儲存單元其個別寫人速度的N 同位元儲存馳30巾包含之儲存單元總數而定。如 料ί可，由第二磁碟陣列構成的同位元儲存模組30 八整體的第-寫入速度遠大於資料儲存單元(32 Μ坤之第 ^寫入速度，進而可提高磁碟陣列系統3的隨機寫入效 〇 本發财’ _元齡做％所包含的_元儲存單 =數目，並不限於3個，其可視實際需要的整體寫入速度 進行调整。 ^此實施例中，上朗位元儲存· 3()中_別同位元 :存早元可分別為_硬碟、相式小型計算齡統介面硬 碟、序列式高技術配置硬碟或整合裝置魏(Imegrated Electronics，IDE)介面硬碟。 此外’第二磁碟陣列亦不限於可為以數據分條技術之 第零類磁碟陣列(RAID 0)所形成。於另—實施例中，第二 =碟陣列亦可為以邏輯組合技術形成之組合型(則D)磁碟陣 …在目前的實際應时，若採賴態硬碟作為同位元儲存 早凡，雖然寫入速度較快，但因固態硬碟容量較小，容易 在同位元贿上發生容衫足的_。若_见⑻_ 形成之第二磁碟陣列，將多個固態硬碟以jb〇d方式組合 作為同位元儲存模組3G，便可使同位元儲存模組3()的儲^ 12 201124836 «，等效放大為第二辦_中多_能 量總和。如此-來，便可解決固態硬碟其ς旦晶，错存容 合作為同位元儲存單元的問題。 、里匕小’不適 综上所述，本發明的磁碟陣列系統，其 — 速的實體儲存媒體作為同位元儲存單元，或亦可採:1 儲存媒體形成的子磁碟陣列作為邏輯性的同位元儲^ 組’藉此使同位元儲存的寫入速度大於其他資料儲存的寫入 • 速度’如此—來，便可以較低龄置成本架構出具有高隨機 寫入速度的磁碟陣列系統。 藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚 描述本發明之特徵與精神，而並#以上述所揭露的較佳具 體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是 希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請 之專利範圍的範喻内。 13 201124836 【圖式簡單說明】 圖一繪示根據本發明之第一具體實施例中磁碟陣列系 統的示意圖。 圖二繪示根據本發明之第二具體實施例中磁碟陣列系 統的示意圖。 【主要元件符號說明】 1、3 :磁碟陣列系統 10 :同位元儲存單元 30 :同位元儲存模組 18、38、306 :磁碟陣列控制器 12、14、16、32、34、36 :資料儲存單元 P0〜Pn :同位元驗證碼 D01〜Dn3 :標案資料 14

Claims (1)

1. 201124836 七、申請專利範圍： 1、 一 種磁碟陣列系統，包含： 複數個資料儲存單元；以及 -=元鮮單元，_位摘料元配綠 存皁元形成一磁碟陣列，該同位元儲存 、/ : ，陣列之-同位元驗證:二 __ 早兀之 存早疋之-第一寫入速度大於每一資料儲存 謂 弟-寫入逮度。 2 4、 ==利Ϊ園第1項所述之磁碟陣列系統，其中該同位 面硬碟或—相式高技娜置硬碟。^機系統介 = 碟陣列系統，其中_ *，、、知用位凡父錯儲存技術之第三類磁碟陣列。 ^請專利制第丨項所述之磁__統，其中 車列為-採用區塊交錯儲存技術之第四類磁碟陣列。” 一種磁碟陣列系統，包含： 複數個資料儲存單元；以及 一=元儲雜組，該同位元儲存模組配合該等資料儲 弟—磁碟陣列之一同位元驗證碼資訊，該同位 =儲存模組包含減個同位元儲存單元，該同位 模組中的該等同位元儲存單元形成—第二磁碟陣 ，該同位元儲存模組其整體的一第一寫入速度大於 15 201124836 寫入速度 每一資料儲存單元之一第 6 、ϋΐΐ,Ι範圍第5項所述之磁碟陣列系統， 採用位元交錯儲存技術之第 磁碟陣列為 列0 其中該第— 三類磁碟陣 7、圍第5項所述之磁碟陣列系統，盆中㈣ 磁碟陣列為—採η該第— 列。 仏料存技術之f四類磁碟陣 8、 S 圍第5項所述之磁碟陣列系統’ 1中兮第 磁碟陣列為-數據分條技術之第零類磁碟陣列、。中該第二 9、 f第8項所述之磁碟_系Π 存模組其整體之該第一寫入速度大該同位元儲 元之-個別寫人速度的贿。致相等同位元儲存單 序列式 置硬碟或一整 10、 二圍第8項所述之磁碟陣列系統，並中兮第-磁 碟陣列的該相位元儲存單元分別為-固能硬磾磁 ::=:r 碟， 11、 如申請專利範圍第5項所述之磁 碟陣列為-採用邏輯組合技術之組合型磁碟陣列。該第二磁 12、 如申請專利範圍第u項所述之磁 二磁碟陣列的該等同位元儲存單元分別為= 態::該第 16