CN102521058A - Raid组磁盘数据预迁移方法 - Google Patents

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刘友生
弓雷
闫永刚
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本发明涉及数据存储技术领域，公开了一种RAID组磁盘数据预迁移方法，包括以下步骤：S1、监测RAID组的磁盘错误信息，所述磁盘错误信息包括软件检测信息和SMART告警信息；S2、若监测到的所述磁盘错误信息的数量达到预设的阈值，则将具有所述磁盘错误信息的源盘的数据迁移到目标盘，所述具有所述磁盘错误信息的源盘的数据，包括在源盘上已有的数据和待写入源盘的数据，为待写入目标盘的数据；S3、使用目标盘替换源盘。本发明通过磁盘预警技术预测磁盘将可能发生故障，并在故障发生前就预先把数据迁移到备用盘，比传统磁盘失效后再恢复数据的方法在RAID组发生故障时更加优选地降低数据丢失的可能性。

Description

RAID组磁盘数据预迁移方法
技术领域
本发明涉及数据存储技术领域，具体涉及一种RAID组磁盘数据预迁移方法。
背景技术
RAID是英文Redundant Array of Independent Disks的缩写，翻译成中文意思是“独立磁盘冗余阵列”，有时也简称为磁盘阵列(DiskArray)。
简单地说，RAID是一种把多块独立的硬盘(物理硬盘)按不同的方式组合起来形成一个硬盘组(逻辑硬盘)，从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据备份的技术。组成磁盘阵列的不同方式称为RAID级别(RAID Levels)。数据备份的功能是在用户数据一旦发生损坏后，利用备份信息可以使损坏数据得以恢复，从而保障了用户数据的安全性。在用户看起来，组成的磁盘组就像是一个硬盘，用户可以对它进行分区，格式化等等。总之，对磁盘阵列的操作与单个硬盘一模一样。不同的是，磁盘阵列的存储速度要比单个硬盘高很多，而且可以提供自动数据备份。
RAID技术经过不断的发展，现在已拥有了从RAID 0到RAID 6的七种基本的RAID级别。另外，还有一些基本RAID级别的组合形式，如RAID 10(RAID 0与RAID 1的组合)，RAID 50(RAID 0与RAID 5的组合)等。不同RAID级别代表着不同的存储性能、数据安全性和存储成本。
RAID 0：RAID 0并不是真正的RAID结构，没有数据冗余。RAID0连续地分割数据并且并行地读/写于多个磁盘上，因此具有很高的数据传输率。但RAID 0在提高性能的同时，并没有提供数据可靠性。如果一个磁盘失效，将影响整个数据。因此RAID 0不可应用于需要数据高可用性的关键应用。
RAID 1：RAID 1通过数据镜像实现数据冗余，在两对分离的磁盘上产生互为备份的数据。RAID 1可以提高读的性能，当原始数据繁忙时，可直接从镜像拷贝中读取数据。RAID 1是磁盘阵列中费用最高的，但提供了最高的数据可用率。当一个磁盘失效，***可以自动地交换到镜像磁盘上，而不需要重组失效的数据。
RAID 2：从概念上讲，RAID 2同RAID 3类似，两者都是将数据条块化分布于不同的硬盘上，条块单位为位或字节。然而，RAID 2使用称为“加重平均纠错码”的编码技术来提供错误检查及恢复。这种编码技术需要多个磁盘存放检查及恢复信息，使得RAID 2技术实施更复杂。因此，RAID 2在商业环境中很少使用。
RAID 3：不同于RAID 2，RAID 3使用单块磁盘存放奇偶校验信息。如果一块磁盘失效，奇偶校验盘及其他数据盘可以重新产生数据。如果奇偶盘失效，则不影响数据使用。RAID 3对于大量的连续数据可提供很好的传输率，但对于随机数据，奇偶盘会成为写操作的瓶颈。
RAID 4：同RAID 2、RAID 3一样，RAID 4、RAID 5也同样将数据条块化并分布于不同的磁盘上，但条块单位为块或记录。RAID 4使用一块磁盘作为奇偶校验盘，每次写操作都需要访问奇偶校验盘，成为写操作的瓶颈。RAID 4在商业应用中很少使用。
RAID 5：RAID 5没有单独指定的奇偶校验盘，而是交叉地存取数据及奇偶校验信息于所有磁盘上。在RAID 5上，读/写指针可同时对阵列设备进行操作，提供了更高的数据流量。RAID 5更适合于小数据块、随机读写的数据。RAID 3与RAID 5相比，重要的区别在于RAID 3每进行一次数据传输，需涉及到所有的阵列盘。而对于RAID5来说，大部分数据传输只对一块磁盘操作，可进行并行操作。在RAID 5中有“写损失”，即每一次写操作将产生四个实际的读/写操作，其中两次读旧的数据及奇偶信息，两次写新的数据及奇偶信息。
RAID 6：RAID 6与RAID 5相比，增加了第二个独立的奇偶校验信息块。两个独立的奇偶***使用不同的算法，数据的可靠性非常高。即使两块磁盘同时失效，也不会影响数据的使用。但需要分配给奇偶校验信息更大的磁盘空间，相对于RAID 5有更大的“写损失”。RAID 6的写性能非常差。
通用的RAID磁盘出错处理机制如下：在读写RAID组中磁盘过程中发生I/O错误，***会将出错的磁盘从RAID组删除，然后再将热备盘加入到阵列中，接着***启动数据恢复操作，利用其它磁盘上的数据恢复新加入磁盘的数据。
要使用一块新的磁盘替换磁盘阵列中原有的某一块磁盘，有两种方法。一个是不停止I/O，方法和上面描述坏盘替换的一样。另一种方法是先停止I/O，然后将想要替换的源盘数据整盘拷贝到新盘，之后再使用新盘替代源盘，接着再恢复I/O操作。
上述出错处理机制有两个缺陷。只有在发生I/O错误时才使用新磁盘替代出错的磁盘。实际使用中发生I/O错误往往意味着磁盘已经出现坏块，数据已经出错，此磁盘已经不能正常使用了。对于RAID0，磁盘故障就意味着数据的丢失。这种处理机制缺乏预见性，被动地等待磁盘出错的时候才对发生的错误进行补救。同时，对于数据量庞大的磁盘阵列来说，利用阵列中的其他磁盘数据恢复数据需要进行大量的计算，这种恢复操作耗费大量的数据总线资源及CPU资源，也意味着恢复数据需要的时间较长，并降低RAID组本身的I/O能力，加长I/O操作延时和减低I/O吞吐速率。
另外一种替换磁盘的方法要先停止RAID组的I/O操作，这种替换方法不能做到对使用者透明。存储***在使用中停止I/O对于用户而言是一种不可接受的行为。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明所要解决的技术问题其一是：如何避免在磁盘发生故障时所造成的RAID组故障；其二是：如何在不停止I/O操作的情况下替换RAID组中的磁盘；其三是：降低替换磁盘过程中导致的性能损失。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供了一种RAID组磁盘数据预迁移方法，包括以下步骤：
S1、监测RAID组的磁盘错误信息，所述磁盘错误信息包括软件检测信息和SMART告警信息；
S2、若监测到的所述磁盘错误信息的数量达到预设的阈值，则将具有所述磁盘错误信息的源盘的数据迁移到目标盘，所述具有所述磁盘错误信息的源盘的数据包括在源盘上已有的数据和待写入源盘的数据，为待写入源盘的数据。
S3、使用目标盘替换源盘。
优选地，步骤S2具体包括：S20、创建两个数据缓存的步骤：创建用于暂存待写入目标盘的数据的迁移缓存；和创建镜像缓存，所述镜像缓存用于暂存镜像写数据；S21、对待写入源盘的数据执行镜像写步骤，和S22、对待写入目标盘的数据执行数据迁移步骤；
步骤S21具体包括：
S211、若监测到的所述磁盘错误信息的数量达到预设的阈值，在待写入源盘的数据写入源盘之前，截获源盘的写操作；
S212、如果写的位置还未开始迁移，不将待写入源盘的数据迁移到目标盘；如果写的位置已完成迁移，克隆所述写操作，并将所述待写入源盘的数据写入目标盘相对应的位置；如果写的位置正在迁移，先把镜像写数据写入到镜像缓存，等该写的位置的数据迁移完成，再把写的数据写入目标盘；
步骤S22具体包括：
S221、从源盘中读取数据暂存到迁移缓存；
S222、将迁移缓存中的数据写入到目标盘；
S223、检查镜像缓存中是否有数据需要写入到目标盘，如果有数据需要写入到目标盘，把镜像缓存中的对应的数据写入目标盘；
S224、检查迁移是否完成，如果未完成，那么重复步骤S221～S223；如果完成，退出迁移流程。
优选地，所述软件检测信息包括坏块重定向数，所述SMART告警信息包括SMART故障数，磁盘读错误数和磁盘不可修复扇区数。
优选地，所述使用目标盘替换源盘的步骤具体为：将具有所述磁盘错误信息的源盘的数据迁移到目标盘，然后使用所述目标盘替换所述源盘，再将所述源盘相关的I/O操作转移到所述目标盘上，最后将所述源盘从所述RAID组中移除。
(三)有益效果
本发明通过磁盘预警技术预测磁盘将可能发生故障，并在故障发生前就预先把数据迁移到备用盘，从而避免故障的发生。比传统磁盘失效后再恢复数据的方法在RAID组发生故障时更加优选地降低数据丢失的可能性。具体来说，磁盘替换过程对用户透明，不影响用户对磁盘阵列的正常读写，而且能最大限度地减少在替换过程中引起的***开销。在线复制和替换磁盘的方法在替换磁盘的过程中不需要停止RAID组的I/O操作。使用镜像写方式实现在线迁移的方式实现RAID组磁盘的无缝替换。在线迁移的镜像写无锁设计，避免加锁的***开销和加锁机制对I/O操作的影响。另外，迁移操作仅仅是将错误磁盘的数据迁移到目标盘，避免了数据恢复操作需要的大量***开销。
附图说明
图1是本发明实施例的方法流程图。
具体实施方式
下面对于本发明所提出的一种RAID组磁盘数据预迁移方法，结合附图和实施例详细说明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种RAID组磁盘数据预迁移方法，包括以下步骤：
S1、监测RAID组的磁盘错误信息，所述磁盘错误信息包括软件检测信息和SMART告警信息；
S2、若监测到的所述磁盘错误信息的数量达到预设的阈值，则将具有所述磁盘错误信息的源盘(即出错磁盘)的数据迁移到目标盘(即备用磁盘)，所述具有所述磁盘错误信息的源盘的数据包括在源盘上已有的数据和待写入源盘的数据，在源盘上已有的数据和待写入源盘的数据这两种数据为待写入源盘的数据。
S3、使用目标盘替换源盘，将源盘相关的I/O转移到目标盘，将RAID组从源盘删除。
步骤S2具体包括：S20、创建两个数据缓存的步骤：创建用于暂存待写入目标盘的数据的迁移缓存；和创建镜像缓存，所述镜像缓存用于暂存镜像写数据；S21、对待写入源盘的数据执行镜像写步骤，和S22、对待写入目标盘的数据执行数据迁移步骤，即先把数据从源盘中读出放到迁移缓存，然后把迁移缓存中的数据写入到目标盘；
步骤S21具体包括：
S211、若监测到的所述磁盘错误信息的数量达到预设的阈值，在待写入源盘的数据写入源盘之前，截获源盘的写操作；
S212、如果写的位置还未开始迁移，不将待写入源盘的数据迁移到目标盘；如果写的位置已完成迁移，克隆所述写操作，并将所述待写入源盘的数据写入目标盘相对应的位置；如果写的位置正在迁移，先把镜像写数据写入到镜像缓存，等该写的位置的数据迁移完成，再把写的数据写入目标盘；
步骤S22具体包括：
S221、从源盘中读取数据暂存到迁移缓存；
S222、将迁移缓存中的数据写入到目标盘；
S223、检查镜像缓存中是否有数据需要写入到目标盘，如果有数据需要写入到目标盘，把镜像缓存中的对应的数据写入目标盘；
S224、检查迁移是否完成，如果未完成，那么重复步骤S221～S223；如果完成，退出迁移流程。
所述软件检测信息包括坏块重定向数，所述SMART(Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology，自我监测、分析及报告技术)告警信息包括SMART故障数，磁盘读错误数和磁盘不可修复扇区数。
步骤S3中，将具有所述磁盘错误信息的源盘的数据迁移到目标盘，然后使用所述目标盘替换所述源盘，再将所述源盘相关的I/O操作转移到所述目标盘上，最后将所述源盘从所述RAID组中移除。
如果镜像写和数据迁移两个任务同时对磁盘的同一块空间进行操作，这时候就发生冲突。现有技术中常用的做法是对可能发生的冲突进行加锁操作。在迁移任务中，对正在迁移的数据加锁，在完成迁移之后，对这块空间解锁。镜像写任务中也一样，在写开始时加锁操作的空间，写完成后解锁操作的空间。先持有锁的任务拥有操作这块空间的权利，未持有锁的任务需要等待，等到锁被解开才能继续操作。这种加锁的方法在发生冲突时，需要等待，等到锁被持有者解开之后才可继续，这样就加大发生冲突时的I/O延迟，降低了I/O性能。而本发明在处理冲突时，先将数据暂存到镜像缓存，等到该位置完成迁移，再把缓存中的数据写入目标盘(参见步骤S212)。这种无锁设计不存在等待，也不存在加锁/解锁带来的***开销。
由以上实施例可以看出，本发明通过磁盘预警技术预测磁盘将可能发生故障，并在故障发生前就预先把数据迁移到备用盘，比传统磁盘失效后再恢复数据的方法在RAID组发生故障时更加优选地降低数据丢失的可能性。具体来说，磁盘替换过程对用户透明，不影响用户对磁盘阵列的正常读写，而且能最大限度地减少在替换过程中引起的***开销。在线复制和替换磁盘的方法在替换磁盘的过程中不需要停止RAID组的I/O操作。使用镜像写方式实现在线迁移的方式实现RAID组磁盘的无缝替换。在线迁移的镜像写无锁设计，避免加锁的***开销和加锁机制对I/O操作的影响。另外，迁移操作仅仅是将错误磁盘的数据迁移到目标盘，避免了数据恢复操作需要的大量***开销。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (6)

1.一种RAID组磁盘数据预迁移方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、监测RAID组的磁盘错误信息，所述磁盘错误信息包括软件检测信息和SMART告警信息；
S2、若监测到的所述磁盘错误信息的数量达到预设的阈值，则将具有所述磁盘错误信息的源盘的数据迁移到目标盘，所述具有所述磁盘错误信息的源盘的数据包括在源盘上已有的数据和待写入源盘的数据，为待写入目标盘的数据；
S3、使用目标盘替换源盘。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2具体包括：S20、创建两个数据缓存的步骤：创建用于暂存待写入目标盘的数据的迁移缓存；和创建镜像缓存，所述镜像缓存用于暂存镜像写数据；S21、对待写入源盘的数据执行镜像写步骤；和S22、对待写入目标盘的数据执行数据迁移步骤。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S21具体包括：
S211、若监测到的所述磁盘错误信息的数量达到预设的阈值，在待写入源盘的数据写入源盘之前，截获源盘的写操作；
S212、如果写的位置还未开始迁移，不将待写入源盘的数据迁移到目标盘；如果写的位置已完成迁移，克隆所述写操作，并将所述待写入源盘的数据写入目标盘相对应的位置；如果写的位置正在迁移，先把镜像写数据写入到镜像缓存，等该写的位置的数据迁移完成，再把写的数据写入目标盘。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S22具体包括：
S221、从源盘中读取数据暂存到迁移缓存；
S222、将迁移缓存中的数据写入到目标盘；
S223、检查镜像缓存中是否有数据需要写入到目标盘，如果有数据需要写入到目标盘，把镜像缓存中的对应的数据写入目标盘；
S224、检查迁移是否完成，如果未完成，那么重复步骤S221～S223；如果完成，退出迁移流程。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述软件检测信息包括坏块重定向数，所述SMART告警信息包括SMART故障数，磁盘读错误数和磁盘不可修复扇区数。
6.如权利要求1～5中任一项所述的方法，其特征在于，所述使用目标盘替换源盘的步骤具体为：将具有所述磁盘错误信息的源盘的数据迁移到目标盘，然后使用所述目标盘替换所述源盘，再将所述源盘相关的I/O操作转移到所述目标盘上，最后将所述源盘从所述RAID组中移除。
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