[发明专利]一种基于软RAID的磁盘坏块处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁盘坏块处理方法，具体涉及一种软RAID环境下的磁盘坏块处理方法，属于计算机数据存储技术领域。

背景技术

在大容量数据存储中，磁盘是广泛采用的存储介质。物理上讲，每个硬盘都有自己的“CHS”参数，即磁头数(Heads)，柱面数(Cylinders)和扇区数(Sectors)，每个扇区一般是512个字节。老式磁盘每个磁道的扇区数相等，利用这三个参数即可实现对任意扇区的随机访问，但这种方式外柱面的记录密度要远低于内柱面，会造成磁盘空间的浪费，已经被多数磁盘厂商所摒弃，转而采用等密度结构生产硬盘，采用这种结构后，寻址方式也改为线性寻址，即以扇区为单位进行寻址，LBA方式就是其中的一种。LBA全称是Logical Block Addressing，即逻辑块寻址，该方式从0开始为物理扇区一一编号，建立逻辑块与物理扇区之间的映射关系，从这种意义上说，块和扇区其实是对同一事物的不同称谓，只不过块的说法层次较高一些，更加适用于比较抽象的场合。

磁盘在出厂前有一个自检过程，该过程会统计并记录磁盘上存在的坏扇区，这些坏扇区在后继使用中不会被映射，也就没有对应的逻辑块地址；磁盘的可用扇区在正式使用前由操作系统按照一定规则，建立逻辑块和物理扇区之间的映射关系，以后操作系统就可以根据逻辑块地址对具体的扇区进行操作。磁盘在使用过程中，由于各种原因仍有可能导致某个逻辑块无法访问的情况，也就是产生了坏块，具体情况可以分两种：一种是偶尔的读错误，经过写验证后可以修复的扇区，该逻辑块仍然有效，可以被继续使用；一种是无法修复的坏扇区，对于这种情况多数磁盘厂商采取的策略是对这个逻辑块地址进行重新映射，将该地址对应到另一块可用的备用扇区。

在坏块产生时，保证逻辑块的可用性仅仅是其中的一方面，如何恢复坏块的原有内容往往是实际应用中更为关注的话题。各种灾备方案是不错的选择，但那是更高层次的解决方案，且一般造价不菲。从底层存储的具体架构来讲，为了使存储的数据具有容错性，提高数据存储可靠性，改善存储系统性能，一般采用各种类型的RAID进行数据存储，其全称是Redundant Arrays ofIndependent Disks，称作独立磁盘冗余阵列，简称磁盘阵列。比较常用的RAID有RAID0、RAID1、RAID5、RAID6、RAID10等。其中RAID0是为了单纯的提高读写性能，不具有冗余能力，RAID1则对磁盘做了镜像，有效使用空间仅为总容量的一半。其它三种阵列分别由多个磁盘组成，它们以条带的方式向阵列中的磁盘写数据，奇偶校验数据存放在阵列中的各个磁盘上。RAID5的每个条带含有1个校验块，支持任意损坏其中一个磁盘、通过其它磁盘上的奇偶校验块来重建数据；RAID6的每个条带含有2个校验块，支持任意损坏其中两个磁盘、通过其它磁盘上的奇偶校验块来重建数据。采用RAID进行数据存储，在多数情况下可以为坏块产生时的数据重建提供解决方案。

从实现方式来讲，磁盘阵列可以分成“软件RAID”和“硬件RAID”两种。硬件RAID是使用专门的磁盘阵列卡等硬件设备来实现的，性能要高于软件RAID，但成本也比较高；软件RAID一般是通过集成在操作系统中的功能软件实现对磁盘的管理，成本低廉，操作简单。现在的磁盘阵列厂商在开发磁盘阵列产品时，所开发的磁盘阵列一般由针对该磁盘阵列开发的存储操作系统进行控制管理。目前多数采用软RAID的磁盘阵列产品，是在对应的存储操作系统中集成RAID管理功能，用这些功能软件构建常见级别的RAID，但这些采用软RAID的阵列产品在数据可靠性上存在一个较为普遍的问题，那就是它们无法对磁盘在使用过程中产生的坏块进行处理，无法利用RAID的特点对坏块原有内容进行数据重建，致使在磁盘产生一个坏块时就需要更换该磁盘对整个RAID进行重建，浪费了存储资源，也降低了数据存储的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种软RAID环境下的磁盘坏块处理方法，以达到在坏块产生时有条件地进行数据重建的效果。

本方法主要应用于磁盘阵列对应的存储操作系统中。该存储操作系统要求包括以下技术特征：

操作系统为Linux操作系统，具备软RAID的创建、维护和删除功能；系统采用U盘作为存储介质，被制作成USB启动盘格式，制作好的U盘以配件形式安装在磁盘阵列的主板或控制器上。存储操作系统是一个层级结构，在物理硬件上依次构建了内核模式程序和用户模式程序，并应用逻辑卷管理机制对底层磁盘进行管理。本方法在内核模式下实现，是对Linux操作系统内核驱动的修改和扩展。