[發明專利]一種磁盤壞塊的自檢測方法和裝置

有效

• 申請號: 201210142205.4
• 申請日: 2012-05-09
• 公開（公告）號: CN103389920A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 婁繼冰;陳杰;黃楚加
• 申請（專利權）人: 深圳市騰訊計算機系統有限公司
• 主分類號: G06F11/10
• 分類號: G06F11/10
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理事務所(普通合伙) 11270
• 代理人: 張穎玲;程立民

技術領域

本發明涉及數據存儲技術，尤其涉及一種磁盤壞塊的自檢測方法和裝置

背景技術

硬盤數據存儲以塊為邏輯單位在硬盤的磁介質上，相應的的扇區不能讀寫或塊上數據產生誤碼都會導致壞塊，使得數據不可用。為了保證數據的可用性，存儲系統需要具有對磁盤壞塊的檢測能力，以避開對壞塊的讀寫，及時遷移重要數據。通常的做法根據數據存儲一定的冗余信息，在下次讀寫操作中通過冗余信息判斷是否產生了壞塊，典型的方法有ECC以及RAID5/6。

ECC是一種前向糾錯編碼(FEC，Forward?Error?Correction)方法，最初用于通信系統的誤碼檢錯和糾錯，以提高通信系統的可靠性。由于這種編碼的可靠性，該方法也應用于磁盤數據的存儲，一般已經內建于磁盤系統。

ECC的實現也是通過對數據塊進行編碼，一般是根據數據塊的行和列計算奇偶校驗信息，并把這些信息作為冗余數據存儲在磁盤中，255字節數據塊的ECC校驗原理圖如表1所示。

其中，CP_i，i＝0，1，2，4是對數據塊的列數據進行奇偶校驗得出冗余。

而RP_i，i＝0，1，2...15是對數據塊的行數據進行奇偶校驗得出冗余。

讀取數據塊時，根據數據塊的列冗余和行冗余，對數據塊進行列校驗和行校驗。從表1中可以看出，當數據出現1bit錯誤時，會導致系列奇偶校驗產生錯誤。通過列奇偶校驗冗余可以定位出具體誤碼的列，而行奇偶校驗冗余可以定位具體的行，根據行號和列號可以糾正誤比特。

表1

ECC對于數據塊有單比特突發錯誤的情況有恢復能力。但是當出現多位誤碼，ECC只能檢錯，無法恢復數據，對于數據安全要求比較高的場合并不適用，因此還需要備份文件。此外，ECC必須進行IO讀寫數據塊時才能檢測到錯誤。而且隨著塊大小增加，一個塊中出現多個位錯誤的機會也隨之增加，ECC已經無法應付這樣的情況。此外，ECC一般是由硬件實現，不具備功能擴展和定制的能力。

在空間效率方面，如表1所示，如果數據塊為n個字節，則外加的ECC位為log2n+5。如對255byte的數據而言，需要log2*255+6＝22bit的冗余，有效空間利用率為22/(255*8)＝98.9％。

RAID?5/6被稱為分布式奇偶校驗磁盤陣列。校驗信息并不單獨存放在一個磁盤中，而是以塊交叉的方式分布到各個磁盤中，如圖1，圖2所示。

在RAID?5中，把一個數據塊序列以及校驗塊的組合稱之為條，如圖1中的A1、A2、A3、Ap。如果需要對數據塊進行寫操作，需根據條的數據塊重新計算并重新寫入相應的奇偶校驗塊。

當有一個磁盤掉線，可通過奇偶校驗塊對一個數據塊進行推導恢復，所述奇偶校驗塊如圖1中的Ap、Bp、Cp、Dp，因此RAID?5具有一個盤掉線的容錯能力，但整體磁盤的讀寫性能將會有很大的降低，因為重建該數據塊需要讀取其他所有的數據塊和奇偶校驗塊，直到掉線的磁盤被替換并且相關數據被重建。RAID?5的空間效率為1-1/n，其中n為磁盤數。對于4個盤，每個盤1TB的數據，實際上的數據存儲空間為3TB，空間效率為75％。如果在舊數據讀取的過程中，由數據塊計算出奇偶校驗塊與磁盤中的奇偶校驗塊不一致，則可判斷有壞塊出現。因此，為了檢測壞塊，必須讀取在n個磁盤上的塊，對每個塊進行奇偶校驗運算，才能進行判斷。因此，判斷壞塊的速度和磁盤的個數相關有很大的關系。

RAID?6擴展了RAID?5，其原理基本一致，磁盤的數據分布如圖2所示，除了原來的奇偶校驗塊外，還增加了一個奇偶校驗塊，如Aq、Bq、Cq、Dq、Eq等，增強了對于壞盤的容錯能力，可以在兩個磁盤掉線的情況下，可根據冗余信息對數據進行恢復，適合高可用的應用環境。但數據寫的性能有所下降，奇偶校驗計算占用了更多的處理時間，并且降低了有效數據的空間利用率。

RAID?6空間效率為1-2/n，可容忍的磁盤掉線數為2。如有5個磁盤，每個磁盤為1TB物理存儲空間，實際可存儲3TB的數據，空間效率為60％。

目前的磁盤壞塊檢測方法，空間利用率低：在互聯網行業應用中，由于對數據的可用性有比較高的要求，一般數據會有1份或以上的備份，已足夠保證數據可用性，單盤的數據冗余糾錯方案功能在已有多份備份的情況下，作用并不明顯；

磁盤壞塊檢測的效率不高：由于數據塊和校驗塊分散在各個磁盤中，一次校驗需要操作多個磁盤；

壞塊掃描針對性不強：在進行磁盤壞塊檢測時，需要對整個磁盤進行數據查詢校驗。

發明內容