具虚拟区块及磁盘阵列结构的数据存储系统及其管理方法技术方案

本发明专利技术提供一种数据存储系统及其管理方法。本发明专利技术的数据存储系统基于多个主逻辑存储装置以及至少一个备援逻辑存储装置存取或重建数据。多个主逻辑存储装置以第一磁盘阵列结构规划成多个数据区块。至少一个备援逻辑存储装置以第二磁盘阵列结构规划成多个备援区块。本发明专利技术的数据存储系统利用多个虚拟存储装置与数个一对一和映成函数将多个数据区块与多个备援区块分散地映射至多个实体存储装置中的区块。

Data storage system with virtual block and disk array structure and its management method

The invention provides a data storage system and a management method thereof. The data storage system of the invention accesses or reconstructs data based on a plurality of main logical storage devices and at least one backup logic storage device. A plurality of main logical storage devices are programmed into multiple data blocks based on the first disk array structure. At least one backup logic storage device is programmed in second disk array structures into multiple backup blocks. The data storage system of the invention utilizes a plurality of virtual storage devices and a number of one to one and enantiomers to map a plurality of data blocks and a plurality of spare blocks to a block in a plurality of entity storage devices.

【技术实现步骤摘要】
具虚拟区块及磁盘阵列结构的数据存储系统及其管理方法
本专利技术涉及一种数据存储系统(datastoragesystem)及其管理方法，尤其涉及具有虚拟区块(virtualblock)及磁盘阵列(redundantarrayofindependentdrives,RAID)结构的数据存储系统及其管理方法，以利大幅缩短重建数据存储系统中损毁或被替换的存储装置所耗费的时间。
技术介绍
随着用户存储数据量日益增多，符合磁盘阵列(RAID)结构的数据存储系统(也称为磁盘阵列(RAID)系统)已广泛地被采用来存储大量数据。磁盘阵列(RAID)系统能提供高可用性(highavailability)、高效能(highperformance)或大容量(highvolume)的数据存储空间给主机(host)。现有的磁盘阵列系统的构成，包含磁盘阵列控制器(RAIDcontroller)以及由多个实体存储装置(physicalstoragedevice)所构成的磁盘阵列。磁盘阵列控制器连接至每一个实体存储装置，并由磁盘阵列控制器将磁盘阵列定义成RAID0、RAID1、RAID2、RAID3、RAID4、RAID5或RAID6的一个或多个逻辑磁盘机(logicaldiskdrive)而达成。磁盘阵列控制器能产生(重建)与待读取数据相同的冗余数据(redundantdata)。在实际应用中，每一个实体存储装置可以是磁带机(tapedrive)、磁盘机(diskdrive)、存储装置(memorydrive)、光存储记录装置(opticalstoragedrive)，或是在同一颗磁盘机中的对应于单一读写头的一个磁区，或是其他等效的实体存储装置。借着每个RAID级别采用不同的冗余/数据存储方案，RAID在不同的级别可以被实施。例如，RAID1实施硬盘镜像(diskmirroring)，其中第一个存储装置保存被存储的数据，并且第二个存储装置保存被存储在第一个存储装置中的数据的精确复制数据。如果任何一个存储装置发生毁损，因为剩余的存储装置中的数据仍然可用，所以没有数据遗失。在其他RAID系统中，每一个实体存储装置被区分成多个数据区块(block)。从容错的观点来看，可分为使用者数据区块以及同二进制位数据区块两类。使用者数据区块存储一般的使用者数据。同二进制位数据区块则存储多余的一组同二进制位数据，以当有容错需求时，供反算使用者数据之用。存在于不同实体存储装置的相对应使用者数据区块与同二进制位数据区块形成一个存储条带(stripe)，其中同二进制位数据区块中的同二进制位数据由使用者数据区块中的使用者数据执行互斥或(XOR)运算所得的结果。这些RAID系统中若有实体存储装置损毁，可以利用其余未损毁的实体存储装置内存储的使用者数据及同二进制位数据执行互斥或(XOR)运算，进而重建。须声明的是，熟知此项技艺的人士都了解，同位数据区块中的数据的计算，除可使用互斥或(XOR)运算外，也包含各式各样的同二进制位(parity)运算或类似的运算技术，只要存在以下关系：相同存储条带中的任一个数据区块中的数据可由其相对应数据区块的数据计算而得。一般重建磁盘阵列等数据存储系统中的一个实体存储装置，依序读取未替换的实体存储装置的逻辑区块地址，计算出毁损的实体存储装置相对应的逻辑区块地址(logicalblockaddress,LBA)的数据，再将计算的数据写入替换的实体存储装置的逻辑区块地址，上述程序执行到读取完未替换的实体存储装置的所有逻辑区块地址为止。明显地，重建实体存储装置需要花费相当长的时间。随着实体存储装置的容量增大(目前市场已出现容量4TB以上的实体存储装置)，以现有的方法重建实体存储装置需要耗费的时间甚至超出600分钟。已有现有技术利用虚拟存储装置来降低重建实体存储装置需要花费的时间，相关现有技术请参阅美国专利第8,046,537号专利。美国专利第8,046,537号专利建立映射表格先行记录虚拟存储装置中的区块与实体存储装置中的区块之间的映射关系。然而，随着实体存储装置的容量增加，上述映射表格占存储装置空间也随之增加。另有现有技术将原属同一存储带的区块并不集中，而是分散映射到各个实体存储装置中的区块来降低重建实体存储装置需要花费的时间，相关现有技术请参阅中国大陆公开号第101923496号。然而，中国大陆公开号第101923496号仍利用至少一个备援实体存储装置，因此，重建备援实体存储装置过程中将数据写入备援实体存储装置内的程序是明显的瓶颈。目前，现有技术对于如何大幅缩短重建磁盘阵列等数据存储系统中的一个实体存储装置所需耗费的时间仍有极大的改善空间。
技术实现思路
因此，本专利技术所欲解决的技术问题在于提供一种数据存储系统及其管理方法，尤其是针对符合磁盘阵列结构的数据存储系统。并且特别地，根据本专利技术的数据存储系统及其管理方法具有虚拟区块及磁盘阵列结构，可以大幅缩短重建数据存储系统中损毁或被替换的存储装置所耗费的时间。本专利技术的一较佳具体实施例的数据存储系统包含磁盘阵列处理模块、多个实体存储装置以及虚拟区块处理模块。磁盘阵列处理模块用以基于多个主逻辑存储装置以及至少一个备援逻辑存储装置存取或重建数据。多个主逻辑存储装置以第一磁盘阵列结构规划成多个数据区块。至少一个备援逻辑存储装置以第二磁盘阵列结构规划成多个备援区块。每一个数据区块以及每一个备援区块都被视为区块单元(chunk)，并且依序指派唯一的单元区块识别码(Chunk_ID)。区块单元的大小(Chunk_Size)被定义。多个实体存储装置分组成至少一存储装置池。每一个实体存储装置依序指派唯一的实体存储装置识别码(PD_ID)，并且规划成多个第一区块。每一个第一区块的大小等同Chunk_Size。每一个存储装置池的个别的实体存储装置数目(PD_Count)被定义。虚拟区块处理模块分别耦合至磁盘阵列处理模块以及多个实体存储装置。虚拟区块处理模块用以建立多个虚拟存储装置。每一个虚拟存储装置依序指派唯一的虚拟存储装置识别码(VD_ID)，并且规划成多个第二区块。每一个第二区块的大小等同Chunk_Size。多个虚拟存储装置的虚拟存储装置数目(VD_Count)被定义。虚拟区块处理模块根据Chunk_Size、VD_Count、VD_ID以及在多个虚拟存储装置内的逻辑区块地址(VD_LBA)计算每一个第二区块映射的一个Chunk_ID，并且计算该个Chunk_ID映射的一个第一区块的PD_ID与在多个实体存储装置内的逻辑区块地址(PD_LBA)。该磁盘阵列处理模块根据每一个Chunk_ID的PD_ID与PD_LBA存取数据。本专利技术的一较佳具体实施例的管理方法针对数据存储系统。数据存储系统基于多个主逻辑存储装置以及至少一个备援逻辑存储装置存取或重建数据。多个主逻辑存储装置以第一磁盘阵列结构规划成多个数据区块。至少一个备援逻辑存储装置以第二磁盘阵列结构规划成多个备援区块。每一个数据区块以及每一个备援区块都被视为区块单元，并且依序指派唯一的单元区块识别码(Chunk_ID)。区块单元的大小(Chunk_Size)被定义。数据存储系统包含多个实体存储装置。每一个实体存储装置依序指派唯一的实体存储装置识别码(PD本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数据存储系统，包含：磁盘阵列处理模块，用以基于多个主逻辑存储装置以及至少一个备援逻辑存储装置存取或重建数据，其中所述多个主逻辑存储装置以第一磁盘阵列结构规划成多个数据区块，所述至少一个备援逻辑存储装置以第二磁盘阵列结构规划成多个备援区块，每一个数据区块以及每一个备援区块都被视为区块单元且依序指派唯一的单元区块识别码(Chunk_ID)，所述区块单元的大小(Chunk_Size)被定义；多个实体存储装置，分组成至少一存储装置池，其中每一个实体存储装置依序指派唯一的实体存储装置识别码(PD_ID)并且规划成多个第一区块，每一个第一区块的大小等同所述Chunk_Size，每一个存储装置池的个别的实体存储装置数目(PD_Count)被定义；以及虚拟区块处理模块，分别耦合至所述磁盘阵列处理模块以及所述多个实体存储装置，用以建立多个虚拟存储装置，每一个虚拟存储装置依序指派唯一的虚拟存储装置识别码(VD_ID)并且规划成多个第二区块，每一个第二区块的大小等同所述Chunk_Size，所述多个虚拟存储装置的虚拟存储装置数目(VD_Count)被定义；其中所述虚拟区块处理模块根据所述Chunk_Size、所述VD_Count、所述VD_ID以及在多个虚拟存储装置内的逻辑区块地址(VD_LBA)计算每一个第二区块映射的一个Chunk_ID，并且计算所述Chunk_ID映射的一个第一区块的所述PD_ID与在所述多个实体存储装置内的逻辑区块地址(PD_LBA)，所述磁盘阵列处理模块根据每一个Chunk_ID的所述PD_ID与所述PD_LBA存取数据。...

【技术特征摘要】
2016.10.14 TW 1051332521.一种数据存储系统，包含：磁盘阵列处理模块，用以基于多个主逻辑存储装置以及至少一个备援逻辑存储装置存取或重建数据，其中所述多个主逻辑存储装置以第一磁盘阵列结构规划成多个数据区块，所述至少一个备援逻辑存储装置以第二磁盘阵列结构规划成多个备援区块，每一个数据区块以及每一个备援区块都被视为区块单元且依序指派唯一的单元区块识别码(Chunk_ID)，所述区块单元的大小(Chunk_Size)被定义；多个实体存储装置，分组成至少一存储装置池，其中每一个实体存储装置依序指派唯一的实体存储装置识别码(PD_ID)并且规划成多个第一区块，每一个第一区块的大小等同所述Chunk_Size，每一个存储装置池的个别的实体存储装置数目(PD_Count)被定义；以及虚拟区块处理模块，分别耦合至所述磁盘阵列处理模块以及所述多个实体存储装置，用以建立多个虚拟存储装置，每一个虚拟存储装置依序指派唯一的虚拟存储装置识别码(VD_ID)并且规划成多个第二区块，每一个第二区块的大小等同所述Chunk_Size，所述多个虚拟存储装置的虚拟存储装置数目(VD_Count)被定义；其中所述虚拟区块处理模块根据所述Chunk_Size、所述VD_Count、所述VD_ID以及在多个虚拟存储装置内的逻辑区块地址(VD_LBA)计算每一个第二区块映射的一个Chunk_ID，并且计算所述Chunk_ID映射的一个第一区块的所述PD_ID与在所述多个实体存储装置内的逻辑区块地址(PD_LBA)，所述磁盘阵列处理模块根据每一个Chunk_ID的所述PD_ID与所述PD_LBA存取数据。2.根据权利要求1所述的数据存储系统，其中每一个第二区块映射的一个Chunk_ID的计算通过第一一对一和映成函数执行。3.根据权利要求1所述的数据存储系统，其中每一个第二区块映射的一个Chunk_ID的计算通过下列函数执行：Chunk_ID＝(((VD_ID+VD_Rotation_Factor)％VD_Count)+((VD_LBA/Chunk_Size)×VD_Count))，VD_Rotation_Factor是整数值。4.根据权利要求1所述的数据存储系统，其中所述Chunk_ID映射的一个第一区块的所述PD_ID的计算通过第二一对一和映成函数执行，所述Chunk_ID映射的在所述多个实体存储装置内的所述逻辑区块地址(PD_LBA)的计算通过第三一对一和映成函数执行。5.根据权利要求4所述的数据存储系统，其中所述Chunk_ID映射的一个第一区块的所述PD_ID的计算通过下列函数执行：PD_ID＝(((Chunk_ID％PD_Count)+PD_Rotation_Factor)％PD_Count)，％是模数的计算，PD_Rotation_Factor是整数值；所述Chunk_ID映射的在所述多个实体存储装置内的所述逻辑区块地址(PD_LBA)的计算通过下列函数执行：PD_LBA＝(((Chunk_ID/PD...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄承一，林欣平，郑昀旻，
申请(专利权)人：乔鼎资讯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71