[发明专利]一种RAID阵列重建的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及网络存储技术，尤其涉及一种RAID阵列重建技术。

背景技术

在涉及众多主机的数据存储的网络环境中，为了提高数据存储的可靠性和安全性，同时为了存储容量的扩展性和灵活性，网络存储技术应运而生。通常来说，网络存储系统的作用是为客户端PC机或者服务器(一般统称为主机或Host)提供可用的存储空间。

一般网络存储系统的前端可以通过IP网络或者FC网络与主机相连，为主机提供数据存储服务。在数据传输方面，以基于IP承载的网络存储系统为例，主机可以基于标准的iSCSI(互联网小型计算机系统接口)协议网络存储系统进行数据的读写操作。网络存储系统的核心是存储控制器(StorageController)，存储控制器进行数据处理并把数据写入到后端物理磁盘中。

为提高写物理磁盘的性能以及提供数据冗余性，存储控制器通常支持独立磁盘冗余阵列(RAID，也可称为RAID阵列，或者简称为阵列)技术，RAID技术是一种把多块独立的物理磁盘按不同的方式组合起来形成一个磁盘组，从而提供比单个磁盘更高的存储性能及可靠性。

根据不同的数据组织方式，常用的RAID包括RAID0、RAID1、RAID5、RAID6、RAID10等。根据RAID级别的不同可以提供各种级别的性能和可靠度，可以保证多数情况下，一个或者多个磁盘故障时可以通过剩余成员磁盘中的数据采用RAID级别对应的算法恢复出错磁盘的数据，即保证数据不丢失。通过这种算法可重构故障盘中的数据并写入到热备盘中，重构完成后热备盘做成阵列的成员磁盘，恢复阵列的冗余性和可靠性，即通常所说的RAID阵列重建。

在传统的网络存储系统中，当某项应用需要一部分存储空间的时候，往往是预先从后端存储系统中划分出一部分足够大的空间预先分配给该项应用，分配空间时必须要考虑业务扩容的需求，以及业务数据量膨胀的需求，综合考虑各种因素的后果是，逻辑资源(LUN)的大小远远大于当前实际需要的存储空间，将导致LUN中只有少量的空间存放用户数据，大量的空间是闲置的。在这种情况下，一方面，用户的投资回报率降低；另一方面，存储空间变大，重建的概率也将变大。在重建过程中，如果再有其他数据磁盘损坏，则将会导致数据丢失。另外，在重建过程中，重建IO将占用系统资源，将影响读写业务的性能。重建的效率以及重建的性能，成为影响存储系统可靠性的关键因素。

自动精简配置是网络存储系统中常见的功能特性，其目的是解决前面提到的存储过量供给问题，根据实际的需求来分配存储空间。其核心原理是“欺骗”客户端操作系统，让客户端操作系统认为已经分配了很大LUN，比如客户端操作系统看到一个2TB的LUN，而实际上存储设备上只为这个资源分配了几十或者几百GB的物理空间，其余空间都是虚拟出来的。随着应用程序写入越来越多的数据，物理存储利用率也会越来越高，当实际分配的物理空间不足时，再分配额外的物理空间，达到随需扩展的目的。

主机(通常是各种服务器)识别LUN时，其所看到的并不是真实空间，而是由自动精简配置虚拟出来的空间，真实分配的物理空间取决于资源分配策略，可能只有总空间的四分之一，甚至更少。

创建一个启用自动精简配置的LUN时，需要指定LUN总容量、LUN预分配物理空间大小以及占用的RAID、LUN对应的物理空间扩容策略。LUN总容量是指客户端看到的LUN大小，LUN预分配物理空间大小是指创建LUN时实际占用的物理空间大小，LUN物理空间扩容策略是指LUN物理空间扩容的触发条件以及扩容策略，比如LUN预分配物理空间使用率达到80％时触发扩容，每次扩容的步长是LUN总容量的5％。系统在指定的RAID上根据LUN预分配物理空间大小分配资源，并创建LUN的段表，标识LUN和RAID的对应关系，同时修改RAID的段表，标识这些段已经使用。

因为启用了自动精简配置的LUN实际分配的物理空间和客户端看到的总空间不对等，因此还需要维护一个专门的LUN线性表，用于记录LUN线性空间和RAID实际物理空间的对应关系。当LUN上收到一个IO写请求时，先从预分配的物理空间中分配应用要访问的空闲空间，修改LUN线性表，写入数据。当LUN上收到一个IO读请求时，如果LUN线性表中有对应的物理空间，直接访问，如果没有，则直接返回全0。