随着数据量的爆炸性增长,特别是近年来大数据应用的飞速发展,数据存储系统面临着严峻的考验,容量和性能的压力越来越大。不仅如此,数据量的持续不断增长需要存储容量的不断增长,因而需要存储设备具有在线扩容的功能,这使得存储设备的容量扩展成为一个重要的研究方向；另外,磁盘的容量需要提升,除了磁记录物理密度的提升外,也需要探索新的记录方式。磁盘阵列作为一种应用非常广泛的存储设备,数据的不断增长特性需要其存储容量具备在线扩展的能力,并在扩展后能提高性能。为了对RAID5进行扩容,数据必须从旧磁盘迁移到新磁盘,以此来获得更多的空间和更好的性能。传统方法对RAID5进行扩容时需要移动几乎所有数据并需要重计算所有的校验块,因而速度非常慢。针对RAID5提出一种基于校验块数据迁移的容量扩展新方案(PBM),该方案从数据块分布图中特定的平行四边形选择数据进行迁移,而且平行四边形的一条边全部由校验块构成。当增加m个磁盘到n个磁盘组成的RAID5中时,PBM可以实现最小数据迁移,迁移量为总数据量的m/(n+m),并且不需要重新计算任何校验块。扩容之后,虽然磁盘阵列已经不是标准RAID5,但是校验块同样能保证均匀分布。实验环境在真实的Linux下对多个磁盘组成的磁盘阵列进行扩容实验,结果表明,PBM方案比传统的MD方案平均节省73.6%的扩容时间,而性能下降仅为1.83%。针对RAID6的H-Code编码方式提出了一种称为HCS的扩容方案。H-Code是一种水平编码方式,具有较好的可扩展性。HCS首先选择反对角线上的数据块,然后进行水平的数据迁移,其优点是在迁移过程中不需要重新计算两种校验块P和Q。扩容完成之后,磁盘阵列仍然能够保持H-Code方式的数据分布,因此能实现多次扩容。实验数据表明,与同样为RAID6扩容方案的SDM相比,HCS在扩容的时间上减少3.6%,性能够提高4.26%。作为存储系统中最基础存储单元的磁盘,目前已经有很多方式对其进行容量扩展,瓦记录磁盘即是其中比较典型的一种。瓦记录磁盘通过叠加磁道的方式来增加磁盘中数据存储的面密度,使得在每平方英寸上能存储超过1Tb的数据。在传统瓦记录磁道布局方式上,提出了一种新的波形磁道布局方式,该方式通过双向叠加磁道,使得磁盘的面密度能提高6%-10%。此外,为了提高波形瓦记录磁盘访问性能,研究了一种混合瓦记录的存储结构HWSR。HWSR对瓦记录磁盘采用段划分的形式组织数据,用固态盘(SSD)缓冲区存放读数据,而用内存缓冲区存放写数据。在内存数据写入瓦记录磁盘时,采用了一种新的写效率优先的数据淘汰算法HWSR-ER,该算法能尽量避免对瓦记录磁盘无效的写操作,从而提高了HWSR的性能。实验数据表明,在8个I/O的工作负载下,本文所提出的混合系统比普通磁盘的平均响应时间提高了38.2%。