[發明專利]一種按需分配增量卷的創建方法

無效

• 申請號: 201110007887.3
• 申請日: 2011-01-14
• 公開（公告）號: CN102073464A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 劉曉光;王剛;高巖;曹瑞;甄彩軍;徐廣治
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: G06F3/06
• 分類號: G06F3/06
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

本發明屬于網絡存儲技術領域。

背景技術

隨著信息技術的發展，企業或個人對信息存儲容量的需求在日益增長，磁盤的容量越來越大，在滿足人們對存儲空間的需求的同時如何合理利用這些空間也成了一個熱點問題。

研究表明，在目前的存儲系統中，容量的利用率都很低，以傳統磁盤存儲為例，考慮到用戶數據的不斷增長，實際上平均40％--50％的磁盤容量從未被利用過，大量的、寶貴的存儲資源被浪費掉了，沒有發揮應有的作用。同時為滿足系統性能和以后升級擴容等方面的要求，客戶一般購買超過實際數據容量需求3-4倍的磁盤，用于磁盤鏡像等附加功能，從而造成了存儲空間資源的極大浪費。這種現狀的主要原因是：目前對存儲資源的分配方法是靜態的，即按照用戶的估計（往往有很大余量），預先把存儲資源劃分成分區或卷，而后以分區或卷為單位將存儲資源分配給用戶。在以后的使用過程中，分配給用戶的存儲資源中會有很大一部分長期處于閑置狀態。更糟糕的是這些閑置的資源無法被其它用戶使用，從而造成了存儲容量利用率低下的現象。

按需分配的方法無疑可以提高磁盤空間的利用率，這種方法允許系統根據需求動態地分配空間，閑置空間減少，磁盤空間得到了合理地利用從而避免了空間的浪費。如果能夠采用動態的方法按需分配存儲資源，毫無疑問，將會極大地提高存儲資源的利用率，從而在不增加成本的情況下增加存儲系統的容量。

發明內容

本發明的目的是解決當前磁盤空間利用率低下的問題，提供一種實際空間動態分配的按需分配增量卷的創建方法，并進而可以作為一個平臺，在其上展開多種應用。

本發明提出了一種按需分配增量卷AoDI（Allocation-On-Demand?Incremental?Volume），這種卷采用兩層卷的結構，即虛卷與實卷，虛卷大小與實卷大小相分離，實現了按需分配的機制，有效地提高了磁盤的空間利用率。

本發明提供的一種按需分配卷的創建方法，包括：

第1、按需分配增量卷創建的用戶態接口：在邏輯卷管理器LVM（Logical?Volume?Management）用戶態的命令lvcreate里增加了新的參數N，用于表示建立的是按需分配增量卷；

第2、按需分配增量卷創建的過程：首先創建一個普通的邏輯卷LV（Logical?Volume），以該卷為實卷，再在該普通邏輯卷上創建一個虛卷，形成兩層卷的結構。上層的虛卷是Linux內核中的一個數據結構，并不占用實際磁盤空間。虛卷的大小即為用戶指定的大小，實卷的初始大小小于虛卷；

第3、實卷的自動擴容：在用戶使用的過程中，隨著用戶數據量的增多，物理空間的占用率逐漸提高，當物理空間占用率超過設定的閾值時，自動為實卷分配空間，滿足用戶更多的存儲要求；

第4、虛卷的擴容：在用戶使用的過程中，可能會出現原計劃的虛卷空間大小不能滿足實際需求的情況，此時，可以由用戶任意指定時間及擴容的大小，完成虛卷的擴容；

第5、按需分配增量卷實卷的磁盤布局：包括元數據區及數據區，元數據區包括超級塊、初始化位圖、碎片位圖和Chunkmap；

第6、按需分配增量卷數據寫方法：采用追加寫的方式完成；

第7、垃圾回收方法：

利用一個變量充當“計數器”，該變量的值隨無用數據塊的增加而增加，當無用的數據塊達到預設的數量（比如1000）時，自動啟動垃圾回收，消除系統中的碎片。

對欲進行清理的區域設置兩個指針，一個從頭向尾掃描，一個從尾向頭掃描，頭指針負責找到第一個無效的塊，尾指針負責找到第一個有效的塊，一旦找到，將尾指針指向的塊拷貝到頭指針指向的位置，如此重復操作，直到頭尾指針相遇時，則表明垃圾清理完成。

第3步所述的實卷的自動擴容具體為：

第3.1、對每個實卷都設有一個守護進程對其磁盤空間使用率進行監控；

第3.2、磁盤空間使用率利用proc接口獲得，具體做法：在/proc目錄下創建一個子目錄snapproc，然后在該子目錄下創建文件full，記錄空間使用率；

第3.3、在完成一次寫操作后，當前數據區尾指針的位置即為空閑數據塊首的位置，根據該位置與數據區空間的比值，就可以計算出空間使用率，因此，在每次寫操作后計算出空間使用率并更新至文件full；

第3.4、當空間使用率達到預設的閾值（比如80%）時，守護進程會啟動擴容進程，即利用LVM用戶態命令lvextend。

第4步所述的虛卷的擴容具體為：