[发明专利]一种磁盘阵列的在线扩容系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机领域，尤其涉及计算机存储系统容量的在线扩充的系统和方法。

背景技术

磁盘阵列(Redundant Array of Independent Disk，RAID，以下简称为RAID)是一种由多块独立磁盘构成的冗余阵列，在操作系统下是作为一个独立的大型存储设备出现的。RAID可以提升存储系统的速度，增大容量，提供容错功能确保数据安全，且易于管理。

RAID实现了跨磁盘读写的功能，将数据分成多个数据块并行写入多个磁盘或同时从多个磁盘读出数据块组成数据以提高访问磁盘的速度，并通过镜像或校验操作提供数据的容错功能。常用的RAID等级包括RAID0，RAID1，RAID3，RAID5，RAID10等。

RAID的容量扩充是实际应用中常见的操作，实现方式包括添加磁盘和替换旧磁盘两种，扩容方法则包括离线扩容和在线扩容。离线扩容是将RAID中的所有数据生成备份，添加磁盘后重新配置和建立新的RAID的存储空间，再将数据恢复到新的RAID中，在此过程中的用户读写请求将不被处理。在线扩容不用备份RAID中数据，扩容过程中实时处理用户读写请求，无需停机、重启系统和暂停应用。

中国专利申请CN1991730A提出一种磁盘阵列的扩容系统和方法，其思路为：将扩容前RAID与新增的磁盘构造成一个不需要同步操作的临时RAID，然后将扩容前RAID的数据迁移到临时RAID，并在迁移过程中处理用户读写请求。数据迁移结束时，调整扩容前RAID的结构为扩容后RAID的结构并释放临时RAID。该系统包括信息管理模块、构造模块、数据迁移模块和访问控制模块。该专利技术存在以下不足：一是没有解决扩容读写请求和用户读写请求之间的冲突，将冲突的用户读写请求放置在等待列表，未进行处理；二是需要构造临时RAID，该临时RAID无法进行同步操作，需要占用额外的磁盘存储空间；三是数据迁移结束至RAID结构调整结束的时间段内的用户读写请求会发生阻塞；四是未实现扩容过程因意外事件而停止的后续处理。

美国专利7,111,117“Expansion of raid subsystems using sparespace with immediate access to new space”提出在扩容期间使用热备盘来存放用户的读写请求中新的数据，在磁盘阵列原有数据重新分布完毕后再将热备盘中的数据写回阵列的方法会延迟对用户读写请求的处理，长时间占用热备盘资源且无法消除新的数据写回阵列时与用户读写请求的冲突。

发明内容

本发明提供一种磁盘阵列的在线扩容系统和方法，以实现磁盘阵列的在线扩容，解决扩容读写请求和用户读写请求存在冲突的问题，扩容过程中实时处理用户读写请求，无需占用额外的磁盘存储空间，并有效处理扩容过程中的意外停止事件。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种磁盘阵列的在线扩容系统，包括：

读写请求处理模块，用于接收用户的读写请求，判断用户读写请求的地址区域是否与扩容读写请求的地址区域发生冲突，将不发生冲突的用户读写请求按照其地址区域对应的数据分布对磁盘阵列进行数据处理；将发生冲突的用户读写请求提交到读写冲突处理模块；

读写冲突处理模块，用于接收发生冲突的用户读写请求，分析冲突的用户读写请求与扩容读写请求之间的相关性，根据相关性将冲突的数据送入扩容缓冲区中进行处理；

扩容过程控制模块，用于接收扩容命令，生成扩容请求，控制扩容缓冲区完成扩容操作；

扩容缓冲区，用于与磁盘阵列进行交互完成扩容请求数据的迁移；还用于将冲突的数据写入磁盘阵列。

优选的，在磁盘阵列的地址区域中还设有用于标识扩容状态的位图标记；所述读写请求处理模块根据位图标记完成地址区域冲突判断、地址区域数据分布判断；所述扩容过程控制模根据位图标记完成扩容起始地址的判断。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种磁盘阵列的在线扩容的方法，涉及读写请求处理模块、读写冲突处理模块和扩容过程控制模块，该方法包括以下处理过程：

接收用户读写请求，通过与磁盘阵列之间的数据交互，完成用户读写请求数据的处理；

接收扩容命令，生成扩容读写请求，通过扩容缓冲区与磁盘阵列之间的数据交互，完成扩容读写请求数据的迁移；

将用户读写请求与扩容读写请求地址区域冲突的数据通过扩容缓冲区完成与磁盘阵列之间的数据交互。

优选的，还包括在磁盘阵列的地址区域中设置用于标识扩容状态的位图标记的步骤；