[发明专利]具虚拟区块及磁盘阵列结构的数据存储系统及其管理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数据存储系统(data storage system)及其管理方法，尤其涉及具有虚拟区块(virtual block)及磁盘阵列(redundant array of independent drives,RAID)结构的数据存储系统及其管理方法，以利大幅缩短重建数据存储系统中损毁或被替换的存储装置所耗费的时间。

背景技术

随着用户存储数据量日益增多，符合磁盘阵列(RAID)结构的数据存储系统(也称为磁盘阵列(RAID)系统)已广泛地被采用来存储大量数据。磁盘阵列(RAID)系统能提供高可用性(high availability)、高效能(high performance)或大容量(high volume)的数据存储空间给主机(host)。

现有的磁盘阵列系统的构成，包含磁盘阵列控制器(RAID controller)以及由多个实体存储装置(physical storage device)所构成的磁盘阵列。磁盘阵列控制器连接至每一个实体存储装置，并由磁盘阵列控制器将磁盘阵列定义成RAID 0、RAID 1、RAID 2、RAID 3、RAID 4、RAID 5或RAID 6的一个或多个逻辑磁盘机(logical disk drive)而达成。磁盘阵列控制器能产生(重建)与待读取数据相同的冗余数据(redundant data)。

在实际应用中，每一个实体存储装置可以是磁带机(tape drive)、磁盘机(disk drive)、存储装置(memory drive)、光存储记录装置(optical storage drive)，或是在同一颗磁盘机中的对应于单一读写头的一个磁区，或是其他等效的实体存储装置。

借着每个RAID级别采用不同的冗余/数据存储方案，RAID在不同的级别可以被实施。例如，RAID 1实施硬盘镜像(disk mirroring)，其中第一个存储装置保存被存储的数据，并且第二个存储装置保存被存储在第一个存储装置中的数据的精确复制数据。如果任何一个存储装置发生毁损，因为剩余的存储装置中的数据仍然可用，所以没有数据遗失。

在其他RAID系统中，每一个实体存储装置被区分成多个数据区块(block)。从容错的观点来看，可分为使用者数据区块以及同二进制位数据区块两类。使用者数据区块存储一般的使用者数据。同二进制位数据区块则存储多余的一组同二进制位数据，以当有容错需求时，供反算使用者数据之用。存在于不同实体存储装置的相对应使用者数据区块与同二进制位数据区块形成一个存储条带(stripe)，其中同二进制位数据区块中的同二进制位数据由使用者数据区块中的使用者数据执行互斥或(XOR)运算所得的结果。这些RAID系统中若有实体存储装置损毁，可以利用其余未损毁的实体存储装置内存储的使用者数据及同二进制位数据执行互斥或(XOR)运算，进而重建。须声明的是，熟知此项技艺的人士都了解，同位数据区块中的数据的计算，除可使用互斥或(XOR)运算外，也包含各式各样的同二进制位(parity)运算或类似的运算技术，只要存在以下关系：相同存储条带中的任一个数据区块中的数据可由其相对应数据区块的数据计算而得。

一般重建磁盘阵列等数据存储系统中的一个实体存储装置，依序读取未替换的实体存储装置的逻辑区块地址，计算出毁损的实体存储装置相对应的逻辑区块地址(logical block address,LBA)的数据，再将计算的数据写入替换的实体存储装置的逻辑区块地址，上述程序执行到读取完未替换的实体存储装置的所有逻辑区块地址为止。明显地，重建实体存储装置需要花费相当长的时间。随着实体存储装置的容量增大(目前市场已出现容量4TB以上的实体存储装置)，以现有的方法重建实体存储装置需要耗费的时间甚至超出600分钟。

已有现有技术利用虚拟存储装置来降低重建实体存储装置需要花费的时间，相关现有技术请参阅美国专利第8,046,537号专利。美国专利第8,046,537号专利建立映射表格先行记录虚拟存储装置中的区块与实体存储装置中的区块之间的映射关系。然而，随着实体存储装置的容量增加，上述映射表格占存储装置空间也随之增加。

另有现有技术将原属同一存储带的区块并不集中，而是分散映射到各个实体存储装置中的区块来降低重建实体存储装置需要花费的时间，相关现有技术请参阅中国大陆公开号第101923496号。然而，中国大陆公开号第101923496号仍利用至少一个备援实体存储装置，因此，重建备援实体存储装置过程中将数据写入备援实体存储装置内的程序是明显的瓶颈。