[發明專利]重建存儲器陣列的方法和裝置

有效

• 申請號: 201310034811.9
• 申請日: 2013-01-29
• 公開（公告）號: CN103970481B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: 鄒波;李川;錢海波;謝芳
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: G06F3/06
• 分類號: G06F3/06
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所11247
• 代理人: 周良玉,于靜

技術領域

本發明涉及存儲器陣列，更具體而言，涉及重建存儲器陣列的方法和裝置。

背景技術

隨著信息技術的快速發展，需要存儲和處理的數據量越來越龐大。為此，在增大單個存儲器設備的存儲密度和存儲容量的同時，往往還采用由多個存儲器設備構成的存儲器陣列來存儲數據。典型地，存儲器陣列由多個獨立的非易失性存儲器設備構成，例如磁盤、SSD等設備；這些存儲器設備共同連接到存儲器陣列控制器，在該控制器的控制下執行與數據存儲相關的操作。

另一方面，為了確保存儲數據的安全性，通常在存儲器陣列中提供一定的冗余度，從而能夠在部分數據出現損壞時能夠進行數據修復。這樣的存儲器陣列又稱為冗余磁盤陣列RAID。現有技術中已經提供了多個級別的RAID。

RAID1又稱為磁盤鏡像陣列。在這樣的陣列中，在主磁盤上存儲數據的同時也在鏡像磁盤上寫同樣的數據。當主磁盤損壞時，鏡像磁盤則代替主磁盤進行工作。因為有鏡像磁盤進行完全的數據備份，所以RAID1的數據安全性在所有的RAID級別中是最高的。但是，可以理解，RAID1的磁盤利用率較低。

RAID2通過引入錯誤修正碼ECC將數據進行編碼，然后將編碼后的數據分區為獨立的比特，寫入磁盤中。RAID3和RAID4進一步地利用數據交錯（interleaving）存儲技術，將編碼后的數據進行分區，分別存儲在磁盤中，并將同比特的校驗數據存儲在單獨磁盤中。

RAID5是儲存性能、數據安全和存儲成本兼顧的存儲解決方案。RAID5通過把數據條帶化（stripping）分布到不同的存儲設備上來提高數據訪問的并行性。具體地，在RAID5中，將數據和相對應的校驗信息存儲到組成RAID5的各個磁盤上，并且校驗信息和相對應的數據分別存儲于不同的磁盤上。由于RAID5在每個條帶中采用一個校驗塊來存儲校驗信息，因此RAID5能夠容忍一個磁盤出現故障。也就是說，當一個磁盤中的數據發生損壞后，可以利用剩下的磁盤中的數據和相應的校驗信息來恢復被損壞的數據。由于RAID5兼顧了數據安全性和存儲成本，因此應用比較廣泛。

RAID6通過將每個條帶中的校驗塊增加到兩個來增加數據安全性。相應地，RAID6能夠容忍兩個磁盤同時出現故障。此外，還提供了RAID10和RAID50等其他級別的冗余磁盤陣列，他們在數據安全性、磁盤利用率、讀寫速度等不同方面具有各自的特點。

如前所述，RAID陣列由于其冗余度而具有數據恢復能力。恢復RAID中故障磁盤中的數據的過程又稱為重建（rebuild）。圖1A示意性示出RAID5中的數據塊的重建。在具有N個存儲器設備（例如磁盤）的RAID5中，每一條帶中均具有N-1個數據塊和一個校驗塊。當某個數據塊Dn發生損壞，可以利用同一條帶中的其他數據塊Di（i不等于n）和相應的校驗塊P計算得到損壞的數據塊Dn。如果損壞的是校驗塊，則可以通過再次對同一條帶中的數據塊進行校驗運算而重新獲得該校驗塊。因此，當陣列中任一磁盤出現故障，均可以利用剩下的磁盤中的數據來恢復故障磁盤中的數據。這樣的重建過程又稱為部件重建。部件重建一般不影響RAID陣列與主機的輸入和輸出（IO）。但是，可以理解，由于需要讀取各個磁盤中的數據并進行運算，部件重建需要花費較長的時間（通常為幾個小時）。為此，還提出了智能重建作為補充，以快速地重建故障磁盤中的數據。

圖1B示出智能重建的示意圖。智能重建主要應用于某個存儲器設備開始出現故障但仍然能夠進行存取的情況。如圖1B所示，假定在由N個存儲器設備（例如磁盤）構成的RAID5陣列中，磁盤n開始出現故障，例如出現介質錯誤。為了避免部件重建，在磁盤n仍然能夠進行存取的情況下，在該磁盤n和一備用磁盤之間建立鏡像關系，也就是使得磁盤n和備用磁盤構成RAID1陣列，從而將磁盤n的數據復制到備用磁盤。此時，磁盤n同時屬于RAID5陣列（原陣列）和RAID1陣列（鏡像陣列）。盡管圖1B僅示出了RAID5陣列作為例子，但是智能重建也可以類似地應用于其他RAID陣列，例如RAID6、RAID10等。由于智能重建僅涉及故障磁盤n和備用磁盤之間的數據拷貝，因此重建過程要比部件重建快得多。