[發明專利]一種基于二次分配管理磁盤擴展空間的方法

在審

• 申請號: 201410560713.3
• 申請日: 2014-10-21
• 公開（公告）號: CN104239235A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 閆永剛
• 申請（專利權）人: 浪潮電子信息產業股份有限公司
• 主分類號: G06F12/08
• 分類號: G06F12/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及計算機系統及存儲領域，具體地說是一種基于二次分配管理磁盤擴展空間的方法。

背景技術

磁盤模塊是存儲系統的基礎模塊，磁盤模塊的性能和健壯程度，嚴重影響存儲產品的整體性能和可靠性。存儲系統的部分核心功能需要磁盤驅動提供對應的擴展來達成，例如磁盤自修復和RAID快速同步需要保留持久的存儲空間。同時，磁盤上的部分比其他數據更重要，例如自修復元數據丟失，導致讀寫映射無法判斷和執行，磁盤上所有的數據不再有意義。

當前磁盤驅動擴展一般通過多層虛擬磁盤的方案實現，即每一個擴展功能對應一層虛擬塊設備，按照擴展功能的特征決定虛擬塊設備次序，請求一級級的傳遞直到后端硬盤。擴展功能對持久空間的需求則通過分區或者每一級擴展功能各自實現存儲空間預留實現。

這種設計模式由于其局限性，容易帶來性能、兼容性、健壯性和數據紊亂的問題。首先，由于多層虛擬磁盤上IO迭代和bio有效性的檢查造成性能損失。其次，多層虛擬塊設備相互不存強制的層次關系和請求寫入限制，插入新的虛擬層或移除部分廢棄的虛擬層，均會導致兼容性問題。再次，擴展功能各自維護存儲空間預留，造成相同功能的代碼多次重復，這導致系統健壯性和可維護性的降低。最后，該架構難以實現特定模塊寫入區段的限制，容易導致數據紊亂現象。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供??一種基于二次分配管理磁盤擴展空間的方法，并且支持擴展空間元數據的鏡像寫入。

本發明的技術方案是按以下方式實現的，該方法如下：

本方法實現為智能虛擬磁盤模塊的接入插件，實現磁盤空間預留、元數據鏡像功能，并提供預留區再分配、釋放、查找和讀寫等接口，下文縮寫記做rz-mangle；

磁盤初始化時，智能虛擬磁盤根據管理員配置劃分存儲空間，rz-mangle按照特定比例劃分鏡像區和常規區域，寫入鏡像超級塊；鏡像寫入解決少量扇區錯誤導致磁盤失效的問題；

模塊使用預留區前需要執行分配，rz-mangle提供分配接口；rz-mangle使用鎖定機制實現分配串行化；接著檢測標識字符串預留區是否已存在，以及空閑預留區是否能夠滿足；條件滿足后插入新的條目到rz-mangle超級塊維護標識字符串和空間位置、大小的映射表；根據參數設置，可分配不同大小的元數據區和常規數據區，如前所述，元數據區提供RAID1鏡像，可以提高可靠性；

預留區分配成功后，模塊調用rz-mangle查詢接口獲取預留區位置、大小以及相應的塊設備描述結構；讀寫請求按照常規方式提交，智能虛擬磁盤框架調度請求到達rz-mangle模塊；rz-mangle根據寫入位置決定是元數據區鏡像寫或者常規寫，重新生成適當的寫入請求，提交到智能虛擬磁盤；智能虛擬磁盤依次調度更底層的寫入mangle，以實現存儲系統的其他功能；

預留區使用完畢后可以釋放，rz-mangle提供釋放接口；釋放完畢后模塊無法再對這部分空間執行寫入，這通過下面描述的寫入限制實現；

rz-mangle查詢接口提供一個64位的訪問標識符identifier；提交請求時，和該標識符不符的請求認為是一個權限不足的IO請求，會以-EPERM錯誤返回；標識符驗證通過后執行寫入位置和大小驗證，不在分配范圍內的請求以錯誤-EIO結束，表示越界；標識符identifier在智能虛擬磁盤接管磁盤時隨機生成，在移除前保持不變；

rz-mangle的初始化由智能虛擬磁盤框架觸發；在接入或移除磁盤時，udev事件觸發智能虛擬磁盤的加載或移除接口，進而觸發rz-mangle的加載或移除；在創建RAID卷組時，智能虛擬磁盤模塊根據配置參數執行初始化，rz-mangle初始化后清空超級塊，使用預留區的模塊在創建RAID時需要再次調用rz-mangle的分配接口。?

本發明的優點是：

本發明作為獨立模塊實現預留區二次分配，作為插件接入到虛擬磁盤框架。預留區分為元數據區和常規數據區。元數據區通過預留磁盤前端和后端的同等大小的存儲空間實現RAID1鏡像，提高關鍵數據可靠性。其他模塊通過本模塊定制的接口獲取存儲空間，實現定制功能。預留區模塊通過模塊字符串匹配來定位擴展空間的位置和大小，因為模塊由系統內部維護，這是安全的。通過定制的擴展處理函數，減少IO迭代和bio檢查次數，提高性能。基于二次分配和字符串標識，提高版本兼容性。元數據使用鏡像寫入方式，提高了系統健壯性。其他模塊透過預留區模塊接口訪問擴展空間，實現了預留區訪問的入口限制，解決了數據紊亂的問題。

實施方式