[发明专利]一种按需分配增量卷的创建方法

说明书

技术领域

本发明属于网络存储技术领域。

背景技术

随着信息技术的发展，企业或个人对信息存储容量的需求在日益增长，磁盘的容量越来越大，在满足人们对存储空间的需求的同时如何合理利用这些空间也成了一个热点问题。

研究表明，在目前的存储系统中，容量的利用率都很低，以传统磁盘存储为例，考虑到用户数据的不断增长，实际上平均40％--50％的磁盘容量从未被利用过，大量的、宝贵的存储资源被浪费掉了，没有发挥应有的作用。同时为满足系统性能和以后升级扩容等方面的要求，客户一般购买超过实际数据容量需求3-4倍的磁盘，用于磁盘镜像等附加功能，从而造成了存储空间资源的极大浪费。这种现状的主要原因是：目前对存储资源的分配方法是静态的，即按照用户的估计（往往有很大余量），预先把存储资源划分成分区或卷，而后以分区或卷为单位将存储资源分配给用户。在以后的使用过程中，分配给用户的存储资源中会有很大一部分长期处于闲置状态。更糟糕的是这些闲置的资源无法被其它用户使用，从而造成了存储容量利用率低下的现象。

按需分配的方法无疑可以提高磁盘空间的利用率，这种方法允许系统根据需求动态地分配空间，闲置空间减少，磁盘空间得到了合理地利用从而避免了空间的浪费。如果能够采用动态的方法按需分配存储资源，毫无疑问，将会极大地提高存储资源的利用率，从而在不增加成本的情况下增加存储系统的容量。

发明内容

本发明的目的是解决当前磁盘空间利用率低下的问题，提供一种实际空间动态分配的按需分配增量卷的创建方法，并进而可以作为一个平台，在其上展开多种应用。

本发明提出了一种按需分配增量卷AoDI（Allocation-On-Demand Incremental Volume），这种卷采用两层卷的结构，即虚卷与实卷，虚卷大小与实卷大小相分离，实现了按需分配的机制，有效地提高了磁盘的空间利用率。

本发明提供的一种按需分配卷的创建方法，包括：

第1、按需分配增量卷创建的用户态接口：在逻辑卷管理器LVM（Logical Volume Management）用户态的命令lvcreate里增加了新的参数N，用于表示建立的是按需分配增量卷；

第2、按需分配增量卷创建的过程：首先创建一个普通的逻辑卷LV（Logical Volume），以该卷为实卷，再在该普通逻辑卷上创建一个虚卷，形成两层卷的结构。上层的虚卷是Linux内核中的一个数据结构，并不占用实际磁盘空间。虚卷的大小即为用户指定的大小，实卷的初始大小小于虚卷；

第3、实卷的自动扩容：在用户使用的过程中，随着用户数据量的增多，物理空间的占用率逐渐提高，当物理空间占用率超过设定的阈值时，自动为实卷分配空间，满足用户更多的存储要求；

第4、虚卷的扩容：在用户使用的过程中，可能会出现原计划的虚卷空间大小不能满足实际需求的情况，此时，可以由用户任意指定时间及扩容的大小，完成虚卷的扩容；

第5、按需分配增量卷实卷的磁盘布局：包括元数据区及数据区，元数据区包括超级块、初始化位图、碎片位图和Chunkmap；

第6、按需分配增量卷数据写方法：采用追加写的方式完成；

第7、垃圾回收方法：

利用一个变量充当“计数器”，该变量的值随无用数据块的增加而增加，当无用的数据块达到预设的数量（比如1000）时，自动启动垃圾回收，消除系统中的碎片。

对欲进行清理的区域设置两个指针，一个从头向尾扫描，一个从尾向头扫描，头指针负责找到第一个无效的块，尾指针负责找到第一个有效的块，一旦找到，将尾指针指向的块拷贝到头指针指向的位置，如此重复操作，直到头尾指针相遇时，则表明垃圾清理完成。

第3步所述的实卷的自动扩容具体为：

第3.1、对每个实卷都设有一个守护进程对其磁盘空间使用率进行监控；

第3.2、磁盘空间使用率利用proc接口获得，具体做法：在/proc目录下创建一个子目录snapproc，然后在该子目录下创建文件full，记录空间使用率；

第3.3、在完成一次写操作后，当前数据区尾指针的位置即为空闲数据块首的位置，根据该位置与数据区空间的比值，就可以计算出空间使用率，因此，在每次写操作后计算出空间使用率并更新至文件full；

第3.4、当空间使用率达到预设的阈值（比如80%）时，守护进程会启动扩容进程，即利用LVM用户态命令lvextend。

第4步所述的虚卷的扩容具体为：