Raid奇偶校驗(yàn)條帶重建的制作方法
【專利說明】RA ID奇偶校驗(yàn)條帶重建
相關(guān)申請的交叉引用
[0001 ]本發(fā)明要求于2013年8月27日提交的、第201306456-3號新加坡專利申請的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，該申請的全部內(nèi)容以引用的形式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明實(shí)施方式公開的各種實(shí)施方式涉及存儲系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]獨(dú)立磁盤冗余陣列(RAID)技術(shù)已廣泛用于存儲系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)性能和可靠性。通過在磁盤陣列之中保持冗余信息，RAID可以在陣列中的一個或更多個磁盤出現(xiàn)故障的情況下恢復(fù)數(shù)據(jù)。依據(jù)其結(jié)構(gòu)和特性，可以將RAID系統(tǒng)分為不同的級別。RAID級別O(RAIDO)沒有冗余數(shù)據(jù)且不能從任一磁盤故障中恢復(fù)。RAID級別I (RAIDl)在一對磁盤上執(zhí)行鏡像存儲，因此可以從一對磁盤中的一個磁盤故障中恢復(fù)。RAID級別4(RAID4)和RAID級別5(RAID5)在磁盤陣列上執(zhí)行XOR(異或)奇偶校驗(yàn)，并且可以通過XOR計算從陣列中的一個磁盤故障中恢復(fù)。RAID級別6(RAID6)能夠從磁盤陣列中的任意兩個并發(fā)的磁盤故障中恢復(fù)，并且這可以通過諸如Reed-Solomon碼(里所碼/里德-所羅門碼)之類的各種糾刪碼(erasure code)來實(shí)現(xiàn)。
[0004]從RAID系統(tǒng)的磁盤故障中恢復(fù)數(shù)據(jù)的處理被稱為數(shù)據(jù)重建。數(shù)據(jù)重建處理對RAID系統(tǒng)的性能和可靠性來說是非常關(guān)鍵的。采用RAID5系統(tǒng)作為示例，當(dāng)陣列中的磁盤出現(xiàn)故障時，陣列進(jìn)入降級模式，并且指向故障磁盤的用戶I/O請求必須快速(on the fly)地重建數(shù)據(jù)，這十分昂貴并導(dǎo)致極大的性能開銷。此外，用戶I/O處理和重建處理并行運(yùn)行并相互競爭磁盤帶寬，這進(jìn)一步嚴(yán)重降低了系統(tǒng)性能。另一方面，當(dāng)RAID5系統(tǒng)正在從一個磁盤故障中恢復(fù)時，可能出現(xiàn)第二塊磁盤故障，這將超出系統(tǒng)的故障容錯能力，并導(dǎo)致永久的數(shù)據(jù)丟失。因而，長時間的數(shù)據(jù)重建處理將引發(fā)長時期的系統(tǒng)脆弱性，并嚴(yán)重降低系統(tǒng)可靠性。基于這些原因，應(yīng)當(dāng)盡可能地縮短數(shù)據(jù)重建處理，尋求優(yōu)化當(dāng)前RAID系統(tǒng)的數(shù)據(jù)重建的方式方法是極度重要和有意義的。
[0005]對于數(shù)據(jù)重建，理想情況是離線重建，其中陣列停止服務(wù)用戶I/O請求，并使數(shù)據(jù)重建處理全速運(yùn)行。然而，在大多數(shù)生產(chǎn)環(huán)境中這種情況是不實(shí)際的，在大多數(shù)生產(chǎn)環(huán)境中，RAID系統(tǒng)即使正在從磁盤故障中恢復(fù)時也需要提供不中斷的數(shù)據(jù)服務(wù)。換句話說，RAID系統(tǒng)在生產(chǎn)環(huán)境中做的是在線重建，其中重建處理和用戶I/O處理并行運(yùn)行。在先前的工作中，已經(jīng)提議了若干種方法來最優(yōu)化RAID系統(tǒng)的重建處理。試驗(yàn)(Workout)方法旨在將用戶寫數(shù)據(jù)高速緩存通用的讀數(shù)據(jù)重定向到替代的RAID，并在最初的RAID的重建完成時將寫數(shù)據(jù)收回到最初的RAID。通過這樣做，Workout試圖將重建處理與用戶1/0處理分開，并使重建處理不受干擾。不同于Workout，我們提議的方法使用戶1/0處理與重建處理相協(xié)作，并在服務(wù)用戶讀/寫請求時有助于數(shù)據(jù)重建。另一先前的方法被稱為“受損磁盤優(yōu)先(Victim DiskFirst ,VDFhVDF定義了系統(tǒng)DRAM高速緩存策略，以更高的優(yōu)先級高速緩存故障磁盤中的數(shù)據(jù)，由此可以最小化快速重建故障數(shù)據(jù)的性能開銷。不同于VDF，我們的方法包括通過利用陣列中無故障的磁盤的NVM高速緩存中的數(shù)據(jù)，來最優(yōu)化重建順序的策略。第三種先前的工作被稱為活動塊恢復(fù)。活動塊恢復(fù)方法旨在跳過未用的數(shù)據(jù)塊，在重建期間僅恢復(fù)活動的文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)。然而，這種方法依賴于RAID塊級別的文件系統(tǒng)信息的傳遞，因而需要現(xiàn)有的文件系統(tǒng)的重大改變。此外，這種方法僅能應(yīng)用于諸如RAIDl之類的基于復(fù)制的RAID，而不能應(yīng)用于諸如RAID5和RAID6之類的基于奇偶校驗(yàn)的RAID。我們提議的方法也旨在僅重建已用的數(shù)據(jù)塊，但是我們的方法完全工作在塊級別，并不需要修改文件系統(tǒng)。此外，我們的方法可以應(yīng)用于任意RAID級別，包括基于奇偶校驗(yàn)的RAID系統(tǒng)。
[0006]混合硬盤是一種新的硬盤驅(qū)動器，其將旋轉(zhuǎn)的磁盤介質(zhì)與NVM高速緩存放置在一個磁盤盒中。在正常模式中，NVM高速緩存作為用戶I/O請求的讀/寫高速緩存。在重建模式中，可以利用NVM高速緩存中的數(shù)據(jù)來加速重建處理。在下面對我們的方法的描述中，我們例示了如何通過利用NVM高速緩存來最優(yōu)化RAID系統(tǒng)的重建。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]依據(jù)示例性的實(shí)施方式，公開了一種用于最優(yōu)化由混合硬盤組成的RAID系統(tǒng)的重建處理的方法。例如，RAID5，可以被用作示例來例示所公開的方法。應(yīng)當(dāng)注意，這些方法也可以被應(yīng)用到其他RAID級別，例如但不限于RAIDl、RAID4和RAID6。依照示例性的實(shí)施方式的各種方法可以包括:
[0008]-對每一單獨(dú)的奇偶校驗(yàn)條帶的細(xì)粒度重建控制。
[0009 ] 在圖3、圖4和圖5中例示了相應(yīng)的示例性方法。
[0010]-通過直接復(fù)制在故障的混合硬盤的NVM高速緩存中快速重建數(shù)據(jù)。
[0011]在圖6中例示了相應(yīng)的示例性方法。
[0012]-跳過重建未用的空閑空間和容納無效/無用數(shù)據(jù)的空間。
[0013]在圖7中例示了相應(yīng)的示例性方法。
【附圖說明】
[0014]在附圖中，相似的參考符號通常涉及貫穿不同視圖的相似組件。附圖不必然按照比例繪制，而是通常將重點(diǎn)放置在例示本發(fā)明的原理上。在隨后的描述中，參考隨后的附圖來描述本發(fā)明的各種實(shí)施方式，其中:
[0015]圖1例示了依據(jù)一個實(shí)施方式在正常模式中通常的RAID系統(tǒng)的用戶讀/寫處理的工作流。
[0016]圖2例示了依據(jù)一個實(shí)施方式在重建模式中通常的RAID系統(tǒng)的用戶讀/寫處理(在故障磁盤上)和重建處理的工作流。
[0017]圖3例示了依據(jù)一個實(shí)施方式采用基于位圖的細(xì)粒度重建控制的RAID系統(tǒng)的用戶讀/寫處理(在故障磁盤上)和重建處理的工作流。
[0018]圖4例示了依據(jù)一個實(shí)施方式、依據(jù)混合硬盤的NVM高速緩存中的數(shù)據(jù)來調(diào)度重建順序的RAID系統(tǒng)的重建處理的工作流。
[0019]圖5例示了依據(jù)一個實(shí)施方式采用基于位圖的細(xì)粒度重建控制的RAID系統(tǒng)的用戶讀/寫處理(在故障磁盤上)的流程，其中相應(yīng)的數(shù)據(jù)塊已被重建。
[0020]圖6例示了依據(jù)一個實(shí)施方式將故障混合硬盤的NVM高速緩存中的數(shù)據(jù)直接復(fù)制到替代磁盤的重建處理。
[0021 ]圖7例示了依據(jù)一個實(shí)施方式用位圖來表示系統(tǒng)中的已用空間和未用空間的RAID系統(tǒng)的重建處理，其中僅重建已用空間并跳過未用空間。
【具體實(shí)施方式】
[0022]借助于例示、具體的細(xì)節(jié)以及可以實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式，并參考所示的附圖來進(jìn)行隨后的詳細(xì)說明。這些實(shí)施方式描述得足夠詳細(xì)以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明。在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可以采用其他實(shí)施方式并且可以作出結(jié)構(gòu)、邏輯、以及電氣上的改變。各種實(shí)施方式不必然相互排斥，正如某些實(shí)施方式可以與一個或更多個其他實(shí)施方式結(jié)合以形成新的實(shí)施方式。
[0023]在一種方法或裝置的情境中描述的實(shí)施方式類似地適用于其他方法和裝置。同樣地，在方法的情境中描述的實(shí)施方式類似地適用于裝置，反之亦然。
[0024]在一個實(shí)施方式的情境中描述的特征可以相應(yīng)地應(yīng)用于其他實(shí)施方式中的相同或相似的特征。在一個實(shí)施方式的情境中描述的特征可以相應(yīng)地應(yīng)用于其他實(shí)施方式，即使在這些其他實(shí)施方式中沒有明確說明。此外，在一個實(shí)施方式的情境中對一特征所描述的附加和/或組合和/或替換可以相應(yīng)地應(yīng)用于其他實(shí)施方式的相同或相似的特征。
[0025]在各種實(shí)施方式的情境中，提及特征和元件時所使用的冠詞“一”、“該”和“所述”包括一個或更多個特征和元件的基準(zhǔn)。
[0026]在各種實(shí)施方式的情境中，短語“至少基本上”可以包括“正好”和合理的偏差。
[0027]在各種實(shí)施方式的情境中，應(yīng)用于