一种基于SIMD指令的RAID加速方法

本发明属于存储系统，具体涉及到一种基于simd指令的raid加速方法。

背景技术：

1、raid(redundant array of independent disks)即独立磁盘冗余阵列，是一种数据存储技术。它通过组合多个物理硬盘驱动器来提供更高的数据传输速率、更大的存储容量，以及数据冗余和容错功能。

2、数据校验(data parity)是raid的关键技术。它通过校验数据来提供数据的安全，可以检测数据错误，并在能力允许的前提下进行数据重构。由于每次数据读写都要进行大量的校验运算，数据校验对计算机的运算速度要求很高。目前，主要方法是利用dma硬件或raid控制器来进行校验运算。为了加快校验运算，陆建海等人发明了一种基于gpu运算的raid加速方法(cn118312099a)，利用gpu的并行处理能力，提高数据校验的计算速度，降低计算成本。

3、然而，随着cpu技术的飞速发展，其核心数量不断增加，同时，诸如x86架构中的avx和arm架构中的neon等先进的simd(单指令多数据)指令集也被广泛引入。simd(singleinstruction multiple data)即单指令流多数据流，是一种并行技术。neon是arm架构专有的simd指令集扩展，主要用于多媒体处理、信号处理和数值计算等应用，旨在提高处理器的数据并行处理能力。neon指令集允许处理器一次性处理多个数据点，显著提升计算效率，这些技术的应用极大提升了cpu的计算能力和并行处理能力。

技术实现思路

1、本发明的目的在于利用simd指令，优化现有的数据校验运算，提供一种基于simd指令的raid加速方法。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种基于simd指令的raid加速方法，包括数据写入、数据读取、用cpu服务线程执行数据恢复，具体步骤如下：

4、(1)数据写入：

5、(1.1)：客户端将待写入的数据d0拆分成固定大小的i个数据块d01、d02、……、d0i；

6、(1.2)：客户端检查是否存在未写入的数据块；若存在未写入的数据块，则执行步骤(1.3)；否则，执行步骤(1.9)；

7、(1.3)：对于待写入的数据块，客户端执行数据块写入操作；

8、(1.4)：客户端提交日志；每个cpu都维护一个日志队列，数据块落在哪个cpu上，就由该cpu执行数据校验计算；

9、(1.5)：在收到步骤(1.4)每个队列日志提交请求后，cpu服务线程从日志队列中获取日志数据；

10、(1.6)：cpu服务线程利用simd指令执行数据校验计算，生成相应的校验块p0；

11、(1.7)：cpu服务线程将数据块和校验块均写入磁盘中；

12、(1.8)：在写入操作完成后，cpu服务线程将向客户端发送消息，告知日志完成；

13、(1.9)：在所有的数据块都写入完成后，客户端将结束数据写入过程；

14、(2)数据读取：

15、(2.1)：客户端将待读取的数据拆分成多个待读取的数据块；

16、(2.2)：客户端发起数据块读取请求，分别读取每个数据块；

17、(2.3)：客户端检查待读取的数据块是否存在于缓存中；若缓存未命中，则执行步骤(2.4)；否则，执行步骤(2.8)；

18、(2.4)：客户端通知cpu服务线程，通过cpu服务线程读取相应的数据块；

19、(2.5)：在收到客户端的数据块读取请求后，cpu服务线程将检查该数据块是否完好；若数据块已经损坏，则执行步骤(2.6)；否则，执行步骤(2.7)；

20、(2.6)：对于已经损坏的数据块，cpu服务线程将读取分条中未损坏的数据块和校验块，并使用simd指令，恢复该数据块；

21、(2.7)：cpu服务线程将请求的数据块传输给客户端，告知数据块读取完成；

22、(2.8)：客户端标识该数据块已经就绪；

23、(2.9)：客户端检查是否还有未读取的数据块；若还有未读取的数据块，则重复执行步骤(2.2)-(2.8)；否则，数据读取过程结束；

24、(3)在某块磁盘发生故障且插入替换的新盘后，cpu服务线程将执行数据恢复：

25、(3.1)客户端通知cpu服务线程执行数据恢复；

26、(3.2)：cpu服务线程检查数据恢复工作是否结束；若故障磁盘中的数据尚未完全恢复，则执行步骤(3.3)；否则，执行步骤(3.6)；

27、(3.3)：cpu服务线程读取多个分条中的数据块和校验块；

28、(3.4)：cpu服务线程执行simd指令，恢复丢失的数据块；

29、(3.5)：cpu服务线程将恢复的数据块写入到新盘中，然后执行步骤(3.2)；

30、(3.6)：在所有数据都恢复后，cpu服务线程将向客户端发送消息，告知数据恢复已经完成。

31、本发明的有益效果在于：本发明提出了一种创新的解决方案，即利用simd指令集来加速raid(独立磁盘冗余阵列)的数据校验过程。通过巧妙地运用simd指令集在并行处理上的显著优势，在不需要依赖外部的gpu或raid加速硬件的情况下，对raid的数据处理流程进行了深度优化。这一优化策略不仅显著加速了数据的读写操作，而且极大地提升了存储系统的整体性能。具有高性能和低成本的优势。本发明方法充分利用simd指令集在数据并行处理方面的优势，通过优化raid的数据处理流程，实现了对数据读写操作的显著加速。这一创新不仅提升了存储系统的整体性能，还为数据存储的安全性与高效性提供了强有力的技术支撑，具有重要的实际应用价值和广阔的发展前景。

技术特征：

1.一种基于simd指令的raid加速方法，其特征在于：包括数据写入、数据读取、用cpu服务线程执行数据恢复，具体步骤如下：

技术总结
本发明属于存储系统技术领域，具体涉及一种基于SIMD指令的RAID加速方法。包括数据写入、数据读取、用CPU服务线程执行数据恢复，该方法充分利用了SIMD指令集在数据并行处理方面的优势，通过优化RAID的数据处理流程，实现了对数据读写操作的显著加速。这一创新不仅提升了存储系统的整体性能，还为数据存储的安全性与高效性提供了强有力的技术支撑，具有重要的实际应用价值和广阔的发展前景。

技术研发人员：鲁云萍,蒋金虎
受保护的技术使用者：复旦大学
技术研发日：
技术公布日：2025/4/7