61、提升低边缘计算与高性能可靠RAIS5存储架构

提升低边缘计算与高性能可靠RAIS5存储架构

1. 引言

随着数据量的爆炸式增长，大数据分析面临着日益严峻的I/O瓶颈挑战。固态硬盘（SSD）作为一种新型半导体存储设备，缓解了这一性能问题。SSD读写数据无需磁头寻道和盘片旋转，具有低能耗、高性能、对振动和温度的高鲁棒性等优点。起初，由于成本较高，SSD主要用作存储系统的缓存。随着技术发展和价格下降，SSD广泛应用于数据中心和企业存储系统。然而，单个SSD难以满足高性能、大容量和高可靠性的要求，因此许多研究采用RAID技术构建阵列系统。

考虑到SSD的高成本/GB和基于SSD的磁盘阵列的可靠性要求，RAIS5是基于SSD的磁盘阵列的不错选择。但RAIS5存储系统中的小写入问题可能导致性能下降和SSD寿命缩短。目前，许多研究集中在用户请求处理上，而对RAIS5中的奇偶校验同步和数据重建关注较少。

为解决这些问题，提出了RAIS5AS，一种具有自适应条带的新型RAIS5存储架构，用于提高RAIS5的写入性能和重建性能。传统的n磁盘RAID5条带由n - 1个数据块和1个奇偶校验块组成，而自适应条带由传统条带中已写入数据的块组成。处理写入请求时，RAIS5AS使用自适应条带作为基本处理单元；恢复数据时，跳过不在自适应条带中的失败块。此外，RAIS5AS简化了RAIS5存储系统的同步过程。

2. 背景与动机

2.1 基于闪存的SSD特性

基于闪存的SSD由硅存储芯片制成，信息存储在浮动栅晶体管单元中。与硬盘驱动器（HDD）相比，它有两个主要特点：
- 数据异地更新 ：SSD中的每个块在重写其中任何页面之前必须先擦除，即“先擦