[发明专利]重建存储器阵列的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及存储器阵列，更具体而言，涉及重建存储器阵列的方法和装置。

背景技术

随着信息技术的快速发展，需要存储和处理的数据量越来越庞大。为此，在增大单个存储器设备的存储密度和存储容量的同时，往往还采用由多个存储器设备构成的存储器阵列来存储数据。典型地，存储器阵列由多个独立的非易失性存储器设备构成，例如磁盘、SSD等设备；这些存储器设备共同连接到存储器阵列控制器，在该控制器的控制下执行与数据存储相关的操作。

另一方面，为了确保存储数据的安全性，通常在存储器阵列中提供一定的冗余度，从而能够在部分数据出现损坏时能够进行数据修复。这样的存储器阵列又称为冗余磁盘阵列RAID。现有技术中已经提供了多个级别的RAID。

RAID1又称为磁盘镜像阵列。在这样的阵列中，在主磁盘上存储数据的同时也在镜像磁盘上写同样的数据。当主磁盘损坏时，镜像磁盘则代替主磁盘进行工作。因为有镜像磁盘进行完全的数据备份，所以RAID1的数据安全性在所有的RAID级别中是最高的。但是，可以理解，RAID1的磁盘利用率较低。

RAID2通过引入错误修正码ECC将数据进行编码，然后将编码后的数据分区为独立的比特，写入磁盘中。RAID3和RAID4进一步地利用数据交错（interleaving）存储技术，将编码后的数据进行分区，分别存储在磁盘中，并将同比特的校验数据存储在单独磁盘中。

RAID5是储存性能、数据安全和存储成本兼顾的存储解决方案。RAID5通过把数据条带化（stripping）分布到不同的存储设备上来提高数据访问的并行性。具体地，在RAID5中，将数据和相对应的校验信息存储到组成RAID5的各个磁盘上，并且校验信息和相对应的数据分别存储于不同的磁盘上。由于RAID5在每个条带中采用一个校验块来存储校验信息，因此RAID5能够容忍一个磁盘出现故障。也就是说，当一个磁盘中的数据发生损坏后，可以利用剩下的磁盘中的数据和相应的校验信息来恢复被损坏的数据。由于RAID5兼顾了数据安全性和存储成本，因此应用比较广泛。

RAID6通过将每个条带中的校验块增加到两个来增加数据安全性。相应地，RAID6能够容忍两个磁盘同时出现故障。此外，还提供了RAID10和RAID50等其他级别的冗余磁盘阵列，他们在数据安全性、磁盘利用率、读写速度等不同方面具有各自的特点。

如前所述，RAID阵列由于其冗余度而具有数据恢复能力。恢复RAID中故障磁盘中的数据的过程又称为重建（rebuild）。图1A示意性示出RAID5中的数据块的重建。在具有N个存储器设备（例如磁盘）的RAID5中，每一条带中均具有N-1个数据块和一个校验块。当某个数据块Dn发生损坏，可以利用同一条带中的其他数据块Di（i不等于n）和相应的校验块P计算得到损坏的数据块Dn。如果损坏的是校验块，则可以通过再次对同一条带中的数据块进行校验运算而重新获得该校验块。因此，当阵列中任一磁盘出现故障，均可以利用剩下的磁盘中的数据来恢复故障磁盘中的数据。这样的重建过程又称为部件重建。部件重建一般不影响RAID阵列与主机的输入和输出（IO）。但是，可以理解，由于需要读取各个磁盘中的数据并进行运算，部件重建需要花费较长的时间（通常为几个小时）。为此，还提出了智能重建作为补充，以快速地重建故障磁盘中的数据。

图1B示出智能重建的示意图。智能重建主要应用于某个存储器设备开始出现故障但仍然能够进行存取的情况。如图1B所示，假定在由N个存储器设备（例如磁盘）构成的RAID5阵列中，磁盘n开始出现故障，例如出现介质错误。为了避免部件重建，在磁盘n仍然能够进行存取的情况下，在该磁盘n和一备用磁盘之间建立镜像关系，也就是使得磁盘n和备用磁盘构成RAID1阵列，从而将磁盘n的数据复制到备用磁盘。此时，磁盘n同时属于RAID5阵列（原阵列）和RAID1阵列（镜像阵列）。尽管图1B仅示出了RAID5阵列作为例子，但是智能重建也可以类似地应用于其他RAID阵列，例如RAID6、RAID10等。由于智能重建仅涉及故障磁盘n和备用磁盘之间的数据拷贝，因此重建过程要比部件重建快得多。