LBA工具

目前LBA工具有Linux（x86和arm）和Windows三种版本，github项目：hd_write_verify。
目前该项目开源了工具，没有开源代码，提供的LBA工具有三个分别是hd_write_verify、hd_write_verify.io_retry和hd_write_verify_dump。前两个工具负责向磁盘/文件中写入校验数据同时具有校验功能，当校验出数据不一致时hd_write_verify.io_retry工具会重复执行，hd_write_verify会告警退出。hd_write_verify_dump工具提供只读的数据校验功能，可以校验已经写过的磁盘/文件。

实现原理

如图所示：
1.LBA工具将磁盘/文件划分为M个IO数据簇；
2.每个IO数据簇包含N个扇区；
3.IO数据簇N个扇区中写入verify数据：每个扇区的数据除index字段表示簇中的扇区序号外，其它数据均相同；
4.LBA工具测试磁盘/文件时，为每个磁盘/文件分配全局bitmap内存，并置为全0；
5.LBA工具的工作线程写入IO簇前需要从bitmap结构中获取未被分配的IO簇序号。IO数据簇不会被重复分配，分配新IO数据簇时，随机分配bitmap未被置1的对应数据簇；
6.每个已分配的IO数据簇对应的bitmap被置位为1；
7.LBA工具的工作线程写入的第一个IO簇位置是固定的，例如使用10个工作线程则前十个簇分别作为线程1-10写入的第一个IO簇；

LBA工具实现原理-数据布局

Verify数据的数据结构：强双向链表、数组、队列的混合体。

HF是硬编码的flag，占用4字节；

MAGIC是魔法数字，占用4字节；

PRE_LBA[10]是指向当前IO簇写入前写入的前十个IO簇的前向指针队列，占用40字节；

LBA_LIST[100]是指向当前写入IO簇之后写入的IO簇的后向指针队列，占用400字节，其中LBA_LIST[0]指向自己；

TIME是IO簇写入的时间，占用56字节；

RANDOM是每轮的随机数，占用4字节；

NUM是IO簇中的扇区数，占用2字节；

INDEX是IO簇中的扇区索引，占用2字节，例如：如果有1024个扇区则index为0-1023;

LBA工具以簇为单位进行IO写入，对于一个IO簇的写入首先会生成一个占用512字节的verify数据，然后将该数据复制N份（N=簇内扇区数）。这N份数据除了INDEX字段不同，其余内容全部相同。工作线程写入第一个IO簇时，会从全局bitmap获取后续写入的99个IO簇，因此LBA_list中会写入100个LBA地址。如下图所示，当第M个IO簇写入后，通过将verify数据中的两个数组进行出入队处理（具体为PRE_LBA[0]和LBA_LAST[0]出队，LBA_LAST[0]入队PRE_LBA成为下一个IO簇的verify数据中的PRE_LBA[9]，LBA_LAST入队一个新分配的LBA地址指向第M+100个IO簇），修改time和random字段并就可以得到M+1个IO簇写入的verify数据。

LBA中的IO数据

LBA工具写入是会讲扇区分为全零扇区和非全零扇区部分，默认全零扇区为IO簇内最后10%的扇区（可以通过参数修改比例）。因此一个IO簇中的数据如下图所示。

簇内扇区数据

数据校验

LBA工具有两种校验手段，分别是簇内数据校验和簇间数据校验。簇内数据校验会比较同一个IO簇中不同扇区的数据，通过扇区之间的比较发现数据错误，正常情况应该只有index字段不同。簇间校验指一个工作线程内的写入IO簇和它相邻的IO簇之间数据的比较，此时主要比较PRE_LBA和LBA_LAST数组中的LBA地址，正常情况下这110个数据应该有109个错位相同（如图2-2右边所示）。

LBA工具在执行过程中可以设置三种不同的校验模式，分别为全盘数据校验、批量数据校验和随机数据校验。

全盘数据校验在hd_write_verify工具完成全盘/整个文件的写入或使用hd_write_verify_dump工具时执行。每个工作线程在完成写入后会得到一个IO强双向链表，全盘数据校验指沿着链表对该工作线程写入的每个IO簇进行簇内数据校验和簇间数据校验，如下图所示。

LBA全盘数据校验

批量数据校验在hd_write_verify工具运行时执行，即一边写入数据一边校验之前写入数据的一致性。如下图所示，LBA工具中的每个工作线程分批向磁盘写入数据，每批写入磁盘的IO数据簇个数是随机的。批量数据校验指：在写下一批IO数据簇之前，先校验上一批数据的一致性，对上一批数据执行簇间数据校验和簇内数据校验，当一个线程的所有数据写完成后，这个线程数据校验也的每个IO簇都执行过校验。

LBA批量数据校验

在LBA工具中工作线程负责需要从全局bitmap中获取自己负责写入的IO簇，当每个IO数据簇被分配时，对应的线程bitmap也被置位为1。随机数据校验指：每个线程定期随机查找在线程bitmap中被置位为1的索引，读取对应IO簇的数据进行校验，如下图所示。

LBA随机数据校验