RAID（Redundant Array of Independent Disks，独立磁盘冗余阵列）是一种数据存储虚拟化技术，旨在通过多个磁盘驱动器的组合提供比单个驱动器更好的性能、更大的存储容量和增强的容错能力。RAID技术有多个层级，其中包括RAID-4。RAID-4通过条带化数据，并使用单独的磁盘存储奇偶校验信息来提高性能和容错能力。然而，当存储系统容量或带宽不足以满足需求时，就需要向RAID-4存储系统中添加磁盘。
在向RAID-4系统添加磁盘的过程中，为了重新获得各磁盘间（包括新旧磁盘）的负载平衡，必须将某些数据块移动到新添加的磁盘上。传统上，这会要求迁移所有数据以保持数据分布接近均匀，但这会导致成本高昂。为了解决这个问题，论文中提出了一种名为McPod的新数据重分配方法，旨在加速RAID-4的扩展。McPod通过最小化需要移动的数据块数量，同时保持数据盘之间数据分布的均匀性来减少重分配时间。此外，McPod优化了数据迁移过程，采用了四项技术：访问合并、在数据迁移期间携带奇偶校验更新、将由RAID扩展引起的全部奇偶校验更新外包给一个代理磁盘，以及延迟将数据迁移记录到磁盘上以减少元数据写入的数量而不影响数据可靠性。
研究通过实施McPod并将其集成到Linux内核*.*.**.*中，并通过回放三个真实系统追踪对其进行性能评估。实验结果表明，McPod在重分配时间和用户响应时间方面分别比现有的“移动一切”方法提高了67.78-79.64%和14.24-27.16%。同时，使用McPod扩展的RAID性能几乎与轮询分配RAID相同。
论文中的关键知识点包括：
1. RAID技术的基础：RAID-4是RAID技术的一个类别，它通过条带化（striping）数据并使用旋转奇偶校验（rotated parity）来提升性能和容错能力。
2. RAID容量扩展：在RAID容量不足以应对当前数据存储需求时，向RAID系统中添加更多磁盘是常见的做法。
3. 数据重分配：为了重新获得负载平衡，数据需要在所有磁盘间重新分配，包括新旧磁盘。
4. McPod重分配方法：提出了一种新方法来加速RAID-4扩展过程中的数据重分配，通过减少迁移数据块的数量并采用多种技术来优化数据迁移。
5. 性能优化技术：McPod通过合并多个连续块的访问以减少I/O次数、在数据迁移期间携带奇偶校验更新以降低维护一致性奇偶校验的成本、外包所有奇偶校验更新到一个代理磁盘，并延迟元数据写入以最小化元数据写入次数而不牺牲数据可靠性。
6. 实验评估：通过在Linux内核中实现McPod并使用三个真实系统的追踪进行评估，证明了McPod在重分配时间和用户响应时间方面的显著性能提升。
7. 数据可靠性：McPod在优化性能的同时，依然保持了数据的可靠性，这是任何数据存储解决方案中最为关键的要求之一。
8. RAID-4扩展的现实影响：性能测试表明，使用McPod扩展的RAID-4系统与轮询分配RAID系统性能相似，说明McPod在提供负载平衡的同时并未损害系统的整体性能。
以上内容提供了有关RAID-4扩展期间重分配数据以重新获得负载平衡的详细知识点，覆盖了从RAID技术基础、扩展策略到新数据重分配方法的优化技术，以及如何评估这些技术的实际效果。
