RAID奇偶校验条带重建制造技术

RAID存储系统中的数据重建，通过检查重建/重构表和空间分配表，来确定奇偶校验条带是否已被重建以及该奇偶校验条带是否已被分配。在奇偶校验条带的重建发生之前，检查故障的混合硬盘的非易失性存储器以确定其是否可访问，如果是，则数据被复制到新的混合硬盘而不是发生重建。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】RA ID奇偶校验条带重建相关申请的交叉引用本专利技术要求于2013年8月27日提交的、第201306456-3号新加坡专利申请的优先权的权益，该申请的全部内容以引用的形式并入本文。
本专利技术实施方式公开的各种实施方式涉及存储系统。
技术介绍
独立磁盘冗余阵列(RAID)技术已广泛用于存储系统中，以实现高数据性能和可靠性。通过在磁盘阵列之中保持冗余信息，RAID可以在阵列中的一个或更多个磁盘出现故障的情况下恢复数据。依据其结构和特性，可以将RAID系统分为不同的级别。RAID级别O(RAIDO)没有冗余数据且不能从任一磁盘故障中恢复。RAID级别I (RAIDl)在一对磁盘上执行镜像存储，因此可以从一对磁盘中的一个磁盘故障中恢复。RAID级别4(RAID4)和RAID级别5(RAID5)在磁盘阵列上执行XOR(异或)奇偶校验，并且可以通过XOR计算从阵列中的一个磁盘故障中恢复。RAID级别6(RAID6)能够从磁盘阵列中的任意两个并发的磁盘故障中恢复，并且这可以通过诸如Reed-Solomon码(里所码/里德-所罗门码)之类的各种纠删码(erasure code)来实现。从RAID系统的磁盘故障中恢复数据的处理被称为数据重建。数据重建处理对RAID系统的性能和可靠性来说是非常关键的。采用RAID5系统作为示例，当阵列中的磁盘出现故障时，阵列进入降级模式，并且指向故障磁盘的用户I/O请求必须快速(on the fly)地重建数据，这十分昂贵并导致极大的性能开销。此外，用户I/O处理和重建处理并行运行并相互竞争磁盘带宽，这进一步严重降低了系统性能。另一方面，当RAID5系统正在从一个磁盘故障中恢复时，可能出现第二块磁盘故障，这将超出系统的故障容错能力，并导致永久的数据丢失。因而，长时间的数据重建处理将引发长时期的系统脆弱性，并严重降低系统可靠性。基于这些原因，应当尽可能地缩短数据重建处理，寻求优化当前RAID系统的数据重建的方式方法是极度重要和有意义的。对于数据重建，理想情况是离线重建，其中阵列停止服务用户I/O请求，并使数据重建处理全速运行。然而，在大多数生产环境中这种情况是不实际的，在大多数生产环境中，RAID系统即使正在从磁盘故障中恢复时也需要提供不中断的数据服务。换句话说，RAID系统在生产环境中做的是在线重建，其中重建处理和用户I/O处理并行运行。在先前的工作中，已经提议了若干种方法来最优化RAID系统的重建处理。试验(Workout)方法旨在将用户写数据高速缓存通用的读数据重定向到替代的RAID，并在最初的RAID的重建完成时将写数据收回到最初的RAID。通过这样做，Workout试图将重建处理与用户1/0处理分开，并使重建处理不受干扰。不同于Workout，我们提议的方法使用户1/0处理与重建处理相协作，并在服务用户读/写请求时有助于数据重建。另一先前的方法被称为“受损磁盘优先(Victim DiskFirst ,VDFhVDF定义了系统DRAM高速缓存策略，以更高的优先级高速缓存故障磁盘中的数据，由此可以最小化快速重建故障数据的性能开销。不同于VDF，我们的方法包括通过利用阵列中无故障的磁盘的NVM高速缓存中的数据，来最优化重建顺序的策略。第三种先前的工作被称为活动块恢复。活动块恢复方法旨在跳过未用的数据块，在重建期间仅恢复活动的文件系统数据。然而，这种方法依赖于RAID块级别的文件系统信息的传递，因而需要现有的文件系统的重大改变。此外，这种方法仅能应用于诸如RAIDl之类的基于复制的RAID，而不能应用于诸如RAID5和RAID6之类的基于奇偶校验的RAID。我们提议的方法也旨在仅重建已用的数据块，但是我们的方法完全工作在块级别，并不需要修改文件系统。此外，我们的方法可以应用于任意RAID级别，包括基于奇偶校验的RAID系统。混合硬盘是一种新的硬盘驱动器，其将旋转的磁盘介质与NVM高速缓存放置在一个磁盘盒中。在正常模式中，NVM高速缓存作为用户I/O请求的读/写高速缓存。在重建模式中，可以利用NVM高速缓存中的数据来加速重建处理。在下面对我们的方法的描述中，我们例示了如何通过利用NVM高速缓存来最优化RAID系统的重建。
技术实现思路
依据示例性的实施方式，公开了一种用于最优化由混合硬盘组成的RAID系统的重建处理的方法。例如，RAID5，可以被用作示例来例示所公开的方法。应当注意，这些方法也可以被应用到其他RAID级别，例如但不限于RAIDl、RAID4和RAID6。依照示例性的实施方式的各种方法可以包括:-对每一单独的奇偶校验条带的细粒度重建控制。 在图3、图4和图5中例示了相应的示例性方法。-通过直接复制在故障的混合硬盘的NVM高速缓存中快速重建数据。在图6中例示了相应的示例性方法。-跳过重建未用的空闲空间和容纳无效/无用数据的空间。在图7中例示了相应的示例性方法。【附图说明】在附图中，相似的参考符号通常涉及贯穿不同视图的相似组件。附图不必然按照比例绘制，而是通常将重点放置在例示本专利技术的原理上。在随后的描述中，参考随后的附图来描述本专利技术的各种实施方式，其中:图1例示了依据一个实施方式在正常模式中通常的RAID系统的用户读/写处理的工作流。图2例示了依据一个实施方式在重建模式中通常的RAID系统的用户读/写处理(在故障磁盘上)和重建处理的工作流。图3例示了依据一个实施方式采用基于位图的细粒度重建控制的RAID系统的用户读/写处理(在故障磁盘上)和重建处理的工作流。图4例示了依据一个实施方式、依据混合硬盘的NVM高速缓存中的数据来调度重建顺序的RAID系统的重建处理的工作流。图5例示了依据一个实施方式采用基于位图的细粒度重建控制的RAID系统的用户读/写处理(在故障磁盘上)的流程，其中相应的数据块已被重建。图6例示了依据一个实施方式将故障混合硬盘的NVM高速缓存中的数据直接复制到替代磁盘的重建处理。图7例示了依据一个实施方式用位图来表示系统中的已用空间和未用空间的RAID系统的重建处理，其中仅重建已用空间并跳过未用空间。【具体实施方式】借助于例示、具体的细节以及可以实施本专利技术的实施方式，并参考所示的附图来进行随后的详细说明。这些实施方式描述得足够详细以使本领域技术人员能够实施本专利技术。在不脱离本专利技术范围的情况下，可以采用其他实施方式并且可以作出结构、逻辑、以及电气上的改变。各种实施方式不必然相互排斥，正如某些实施方式可以与一个或更多个其他实施方式结合以形成新的实施方式。在一种方法或装置的情境中描述的实施方式类似地适用于其他方法和装置。同样地，在方法的情境中描述的实施方式类似地适用于装置，反之亦然。在一个实施方式的情境中描述的特征可以相应地应用于其他实施方式中的相同或相似的特征。在一个实施方式的情境中描述的特征可以相应地应用于其他实施方式，即使在这些其他实施方式中没有明确说明。此外，在一个实施方式的情境中对一特征所描述的附加和/或组合和/或替换可以相应地应用于其他实施方式的相同或相似的特征。在各种实施方式的情境中，提及特征和元件时所使用的冠词“一”、“该”和“所述”包括一个或更多个特征和元件的基准。在各种实施方式的情境中，短语“至少基本上”可以包括“正好”和合理的偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于RAID存储系统中的数据重建方法，所述RAID存储系统包括多个存储驱动器、其中一个出现故障，所述方法包括：从用于重建的多个奇偶校验条带中选择一个用于重建的奇偶校验条带；通过检查重建表来确定所选择的用于重建的奇偶校验条带是否已被在先重建，该重建表包括多个条目，每一个条目表示与用于重建的多个奇偶校验条带的至少一个相对应的重建状况，其中，每一个重建状况表示至少一个相对应的奇偶校验条带是否已被在先重建；通过检查空间表来确定所选择的奇偶校验条带是否已被在先分配，该空间表包括多个条目，表示与用于重建的多个奇偶校验条带的至少一个相对应的分配状况，其中，分配状况表示至少一个相对应的奇偶校验条带是否已被在先分配；如果已确定所选择的奇偶校验条带未被在先重建并且如果已确定所选择的奇偶校验条带已被在先分配，则该方法进一步包括在替代磁盘中重建所选择的奇偶校验条带，并更新重建表中与所选择的奇偶校验条带相对应的重建状况以表示所选择的条带已被重建。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：金超，席蔚亚，杨啓良，詹智勇，霍峰，
申请(专利权)人：新加坡科技研究局，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG