[发明专利]一种磁盘阵列的数据重建方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机数据存储方法，具体涉及一种磁盘阵列的数据重建方法。

背景技术

随着计算机技术和网络通信技术的发展，信息化程度越来越高，人们对数据可靠性的要求也越来越高。磁盘阵列RAID(Redundant Array ofIndependent Disks)是可靠存储系统领域中的一个典型装置，同单个磁盘相比，磁盘阵列的性能、可用性和可靠性都有相当大的提高，其中，镜像、奇偶校验、热备份等都是磁盘阵列常用的容错技术。当磁盘阵列中某一个成员磁盘出现故障且加入新磁盘时，磁盘阵列能够自动切换到重建模式，重建进程在不中断应用服务的情况下连续将故障盘上的数据块重建到新加入的磁盘中，直到故障盘上所有的数据块都恢复到新加入的磁盘中，磁盘阵列返回到正常读写模式。由于当前的应用服务都要求所使用的存储子系统同时具有高性能、高可用性和高可靠性，应用程序不仅要求磁盘阵列在成员磁盘出现故障时能够重建故障盘上的数据，更重要的是其能够尽可能的减少重建时间来保证系统的可靠性，并且要尽可能的降低重建过程对系统性能的影响，因此磁盘阵列的数据重建方法至关重要。

近几年，随着计算机技术的不断发展，磁盘容量越来越大，而磁盘定位速度的增长却远远低于磁盘容量和带宽的增长速度。研究表明，磁盘容量以每年60％的速度增长，带宽每年增长40％，而磁盘的寻道时间和旋转等待延迟每年才减少8％。另外，还有研究显示，顺序地读取容量为1～10TB的磁盘上的所有内容需要5～15小时，而如果是随机地读取则需要15～150天。实验发现在I/O访问频繁时，对于磁盘阵列级别5，重建一个500GB的磁盘需要几天的时间。这些研究和实验都表明，随着磁盘容量的迅速增长和访问速度的缓慢提高，磁盘阵列的数据重建过程需要越来越多的时间，严重影响了基于磁盘阵列的存储系统的可靠性和可用性。

现有的Linux操作系统内核中磁盘阵列控制软件的数据重建方法，即使有大量的磁盘空间自磁盘阵列创建以来都没有被使用过，重建过程也都必须读取所有工作盘上的数据块，计算校验后将结果写入新加入的磁盘中，如此一来，重建过程需要过多的时间，影响了存储系统的读写性能和可靠性。

发明内容

本发明提出一种磁盘阵列的数据重建方法，解决现有的磁盘阵列数据重建方法需要时间过多、影响存储系统的读写性能和可靠性的问题。

本发明的一种磁盘阵列的数据重建方法，磁盘阵列上设置主控模块、读写处理模块和重建模块，包括初始化、日志位图表更新、基于日志的重建和结束步骤；其特征在于：

(1)初始化步骤，顺序进行下述过程：

(1.1)根据用户指令，打开已有磁盘阵列或创建新磁盘阵列；

(1.2)主控模块创建该磁盘阵列的日志位图表，日志位图表的每一位对应磁盘阵列的一个条带；

(1.3)主控模块判断该磁盘阵列是否为创建的新磁盘阵列，是则转过程

(1.4)，否则转过程(1.5)；

(1.4)主控模块将其日志位图表中所有位均初始化为0，且将磁盘阵列中所有成员磁盘上的数据块全部初始化为0，进行步骤(2)；

(1.5)主控模块读取存放于该磁盘阵列成员磁盘超级块中的日志位图表信息到内存中以便对其实时修改，进行步骤(2)；

(2)日志位图表更新步骤，进行下述过程：

(2.1)该磁盘阵列等待上层命令，并判断其是否为写请求，是则转过程

(2.2)，否则转过程(2.4)；

(2.2)接收到写请求，读写处理模块将该写请求所对应磁盘阵列的条带在日志位图表中对应的位更新为1，标明该条带已被访问过；

(2.3)读写处理模块将该写请求发向底层磁盘设备，将写请求的数据写入磁盘阵列成员磁盘的正确位置，转过程(2.1)；

(2.4)接收到读请求，读写处理模块将该读请求发向底层磁盘设备，从磁盘阵列成员磁盘的正确位置读取数据，转过程(2.1)；

(3)基于日志的重建步骤，当主控模块发现磁盘阵列成员磁盘出现故障时，进行下述过程：

(3.1)重建模块判断磁盘阵列某一条带在日志位图表中对应的位是否为0，是则转过程(3.2)，否则转过程(3.3)；

(3.2)该条带从未被访问过，向新加入的替换磁盘中位于该条带的数据块内全部写入0，转过程(3.4)；

(3.3)该条带已被访问过，读取所有工作盘上位于该条带的数据块，计算校验后将结果写入新加入的替换磁盘中位于该条带的数据块内，转过程(3.4)；