[发明专利]在存在全局热备用磁盘的情况下用于故障驱动器的优化重建和向回复制的方法

说明书

技术领域

本发明涉及廉价磁盘冗余阵列(RAID)存储系统的领域，更具体地涉及在 RAID系统故障后优化RAID系统中的成分驱动器的内容的重建。

背景技术

廉价磁盘冗余阵列(RAID)已经成为在当前计算机系统结构中维护数据的有 效工具。RAID系统使用能够复制或共享各个驱动器中的数据的小的且廉价的硬盘 的阵列。对不同RAID级别的具体描述由帕特森(Paterson)等人在1988年6月的 ACM SIGMOD会议上的题为“一种用于廉价磁盘冗余阵列的情形(A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks(RAID))”的文章中披露。该文章通过引用结 合于此。

存在多个不同级别的RAID实施方式。最简单的阵列，RAID级别1，包括用 于数据存储的一个或多个主磁盘，以及相同数量的用于存储包含在数据磁盘上的 所有信息的拷贝的额外“镜像”磁盘。所有剩下的RAID级别2、3、4、5和6将连 续数据分割成多个段，用于存储在各个磁盘中。

RAID级别2、3、4、5和6系统将数据以块的形式分布在各个磁盘中。块是 由多个连续扇区组成的。扇区是磁盘驱动器的数据传输的最小单位。扇区是磁盘 驱动器的物理区并包括字节的集合。当数据块被写入磁盘时，其被分配磁盘块号 码(DNB)。所有RAID系统磁盘维护相同的DNB系统，使得每个磁盘上的一个 块具有一给定的DBN。具有相同DBN的各个磁盘上的块的集合被统称为分条。

此外，如今许多操作系统通过将大容量存储装置上的空间分成多个卷来管理 该空间的分配。所述术语卷指的是遍布例如RAID系统中的多个磁盘和相关磁盘 驱动器的物理存储空间元件的逻辑分组。与物理看待存储器相比，卷是允许逻辑 看待存储器的部分抽象概念。因而，大多数操作系统对待卷如同它们是独立的磁 盘驱动器。卷由卷管理软件创建并维护。卷组包括包含共同驱动器组的不同卷的 集合。

RAID系统的一个主要优点在于其能够从包含在剩余运行磁盘上的信息来重 建故障组成磁盘的数据。在RAID级别3、4、5、6中，通过使用奇偶校验块来实 现冗余。包含在给定分条中的奇偶校验块中的数据是每次对该分条中的数据块执 行写操作时执行的计算的结果。下面的等式通常被用于计算给定奇偶校验块的下 一状态：

新奇偶校验块＝(旧数据块异或新数据块)异或旧奇偶校验块

在各RAID级别之间，该奇偶校验块的存储位置不同。RAID级别3和4使用 专用于奇偶校验块的存储器的特定磁盘。RAID级别5和6在所有各个磁盘中交插 奇偶校验块。RAID级别6因为其每个分条具有两个奇偶校验块而来区分其本身， 这是两个磁盘同时故障的原因。如果在阵列中的给定磁盘故障，则包括在剩余磁 盘上的用于给定分条的数据和奇偶校验块可以被结合来重建损失数据。

用于处理RAID系统中的单一磁盘的故障的一种机制是全局热备用磁盘的结 合。全局热备用磁盘是用于代替RAID配置中的故障主磁盘的磁盘或磁盘组。该 装置被加电或被认为是“热的”，但是在系统中并没有实际起作用。当RAID系统中 的单一磁盘(或者在RAID 6系统中最多两个磁盘)故障，全局热备用磁盘为故障 磁盘而结合，并使用来自剩余运行磁盘的数据块和奇偶校验块来重建所有故障磁 盘的卷。一旦数据被重建，则全局热备用磁盘可以作为RAID系统的组成磁盘， 直到故障RAID磁盘的替换品被插入RAID。当故障主磁盘被替换时，可能发生将 重建数据从全局热备用复制回替换磁盘。

通常，当非RAID 0系统中的组成磁盘故障并且该组成磁盘的替换品在完成对 来自故障磁盘的所有卷的重建之前插入RAID，则全局热备用磁盘为故障磁盘而保 持结合，并且重建的来自故障磁盘的所有卷被指向全局热备用磁盘。因为这种方 法在替换磁盘被插入时还没有开始重建过程，所以其不需要重建并将卷复制回。

因此，期望提供一种系统和方法，用于使用全局热备用磁盘重建和复制回 RAID中的故障磁盘，其中，仅在插入替换磁盘之前已经开始重建的故障磁盘的卷 段被重建至全局热备用，以及在替换故障磁盘时还没有开始重建的卷被直接重建 至替换磁盘。

发明内容

因此，本发明旨在一种使用全局热备用磁盘优化重建和复制回故障RAID磁 盘的方法和系统。