[发明专利]实现磁盘冗余阵列重建的方法和磁盘冗余阵列

说明书

技术领域

本发明涉及磁盘冗余阵列(RAID)的重建技术，特别涉及一种实现RAID重建的方法、以及一种实现重建的RAID。

背景技术

RAID由多个磁盘聚合在一起，能够在提供大容量的同时，提供更高的访问速度、更好的可用性、以及数据冗余保护。其中，RAID中的磁盘可称为该RAID的成员磁盘，每个成员磁盘中不但存储了外部写入到该磁盘的数据，还存储其它成员磁盘中的冗余数据。

RAID会在如下三种状态之间变化：正常状态，即RAID中的所有成员磁盘都处于正常状态，则RAID阵列处于正常状态，如图1所示，图1中以RAID中包括4个成员磁盘为例；降级状态，即部分成员磁盘失效(例如，该成员磁盘中失效的扇区数量等于预设的失效门限值)，且失效的成员磁盘数量小于等于RAID的冗余度，则RAID变为降级状态，如图2所示，图2中以RAID中包括4个成员磁盘、1个成员磁盘失效、RAID的冗余度为1为例；失效状态，即处于降级状态的RAID中再有一个成员磁盘失效，则该RAID即变为失效状态，如图3所示，图3中以RAID中包括4个成员磁盘、2个成员磁盘失效、RAID的冗余度为1为例。

其中，处于降级状态的RAID不再具有冗余性，但可以通过读取正常成员磁盘中的所有数据(包括冗余数据)进行计算，得到失效成员磁盘中的数据，因而此时的RAID仍然可以对外提供正常的磁盘访问功能；处于失效状态的RAID无法对外提供正常的磁盘访问功能，即存放在该RAID中的数据将彻底丢失。

因此，在RAID处于降级状态时，需通过RAID的重建尽快使该RAID恢复冗余性。

现有技术中，通常通过如下方式来实现RAID的重建：

先在处于降级状态的RAID中增加一定数量的磁盘，作为新的成员磁盘，以使得该RAID中包括的处于正常成员磁盘数量能够保证RAID具有冗余性，并由RAID中的主控单元将失效成员磁盘踢出该RAID。然后，由RAID中的主控单元从其他正常成员磁盘中读取该失效成员磁盘的所有数据，并利用阵列冗余算法进行计算，得到该失效成员磁盘中的所有数据，并写入到对应的新成员磁盘中，如图4所示，图4中以RAID中包括4个成员磁盘、1个成员磁盘失效、RAID的冗余度为1为例。

上述重建方案需要读取所有正常成员磁盘中的所有数据，大大增加RAID的输入/输出(I/O)负荷，严重影响RAID的正常读写性能，且随着成员磁盘的容量增大，重建的时间也大大延长，对RAID的可用性带来严重的影响。

因此，为了解决上述问题，现有技术中还可以通过如下方式实现RAID的重建：

设定磁盘预失效门限值，该预失效门限值小于失效门限值，当某一成员磁盘的失效扇区超过预失效门限值时，确定该成员磁盘处于预失效状态，也就是说，该成员磁盘即将实效。此时，由RAID中的主控单元先从预失效状态的成员磁盘中顺序读取每个扇区中的数据，并将读出的数据写入到RAID中的备用成员磁盘中，即将预失效状态的成员磁盘中的部分数据拷贝至新成员磁盘中。

在拷贝完成之前，如果预失效状态的成员磁盘变为失效状态，则将该失效成员磁盘踢出RAID，即主控单元将该失效成员磁盘从RAID中删除，对于还未完成拷贝的部分数据，则继续按照如图4所示的方式，由RAID中的主控单元从正常成员磁盘中读取相应的数据并利用阵列冗余算法进行计算，得到该失效的成员磁盘中未拷贝的部分数据，写入到对应的新成员磁盘中。

上述重建过程结合了拷贝和计算，能够在一定程度上降低RAID的输入/输出(I/O)负荷，并加快重建速度。但是，该重建方式也存在着不足之处：

1、预失效门限值的合理设定较为困难。如果预失效门限值设置合理，则能够保证在拷贝完成之前，预失效状态的成员磁盘不会变为失效状态，从而保证拷贝的顺利完成，即可减少重建所带来的I/O负荷。如果预失效门限值过低，则会使得成员磁盘过早地处于预失效状态，引起不必要的拷贝过程，反而增加了I/O负荷。

2、在拷贝过程中，如果预失效状态的成员磁盘变为了失效状态，则对未拷贝完成的数据，仍需通过计算来获得。例如，在拷贝开始的时候，预失效成员磁盘中的0扇区失效，使得该成员磁盘变为失效状态，则拷贝出错，立即停止了拷贝，这样，对该失效成员磁盘中存储的所有数据均需要通过计算来获得，因而仍然没有减少I/O负荷。如果预失效状态的成员磁盘容量为20G，则在上述情况下，20G的数据均需要通过计算来获得。

可见，现有结合拷贝和计算的RAID重建方案，未能从根本上降低在重建过程所引起的I/O负荷，且无法有效提高重建速度。

发明内容