CN100498678C - 对廉价磁盘冗余阵列进行读写操作的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种对廉价磁盘冗余阵列RAID进行读操作的方法，包括：A1、RAID控制器将读请求信息发送到RAID缓存模块；B1、在预先写入RAID缓存模块的信息中是否包括待读取的信息，如果包括，则RAID控制器在RAID缓存模块内读取该信息；否则，RAID控制器在RAID磁盘阵列内读取该信息，将读取的信息写入RAID缓存模块。本发明同时公开一种对RAID磁盘阵列进行写操作的方法，包括：A2、廉价磁盘冗余阵列RAID控制器收到写请求信息并获得新的数据校验信息后，将所述新的数据校验信息和待写入数据写入RAID缓存模块，返回写请求响应信息；B2、RAID缓存模块将所述新的数据校验信息和写入数据写入RAID磁盘阵列。本发明还公开一种对RAID磁盘阵列进行读写操作的系统。

Description

对廉价磁盘冗余阵列进行读写操作的方法和系统

技术领域

本发明涉及对磁盘进行读写操作的技术领域，尤其涉及一种对廉价磁盘冗余阵列进行读写操作的方法和系统。

背景技术

目前，廉价磁盘冗余阵列(RAID，Redundant Array of Inexpensive Disks)作为独立的大型存储设备已经被广泛应用。由于RAID是由多个磁盘组成的，其优点在于增大存储容量和提升存储速度；其缺点在于如果某个磁盘发生故障则所有磁盘的数据也都无法使用，大大增加了数据损失的机率。为提高RAID的安全性，在某些RAID中增加了数据校验功能，如：RAID3、RAID5、RAID6，当某个磁盘发生故障时，只要将该磁盘换掉，然后RAID控制系统会根据数据校验功能在新盘中重建损坏的数据。

目前，对RAID磁盘阵列进行读写操作的技术方案是在RAID控制器之前有缓存，而在RAID控制器和RAID磁盘阵列之间没有缓存。当读写操作请求到来时，该请求首先进入RAID控制器之前的缓存，如果缓存命中，则在该缓存中进行相应的读写操作；否则所述读写操作请求被送往RAID控制器，然后由RAID控制器直接在RAID磁盘阵列进行相应的读写操作。

当所述读写操作在RAID控制器之前的缓存中缓存不命中时，RAID控制器将直接在RAID磁盘阵列进行读写操作，但是直接在RAID磁盘阵列进行读写操作的速度很低，尤其当所述RAID磁盘阵列具有校验功能时，还可能增加RAID控制器直接对RAID磁盘阵列的操作次数，这样使得RAID控制器直接对RAID磁盘阵列进行读写操作的缺点更加明显。对RAID磁盘阵列的读写速度的降低，最终会降低系统的性能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种对廉价磁盘冗余阵列进行读写操作的方法和系统，解决的技术问题是提高RAID控制器对具有数据校验功能的RAID的读写速度，从而提升系统的性能。

本发明包括：

一种对廉价磁盘冗余阵列进行读操作的方法，包括：

A1、RAID控制器将读请求信息发送到RAID缓存模块；

B1、在预先写入RAID缓存模块的信息中是否包括待读取的信息，如果包括，则RAID控制器在RAID缓存模块内读取该信息；否则，RAID控制器在RAID磁盘阵列内读取该信息，将读取的信息写入RAID缓存模块。

其中，所述预先写入缓存信息，其过程为：RAID控制器将信息写入其与RAID磁盘阵列之间的RAID缓存模块。

其中，所述预先写入缓存信息，其过程为：RAID控制器将信息写入RAID磁盘阵列，并将该信息从所述RAID磁盘阵列写入RAID缓存模块。

其中，所述预先写入缓存信息，其过程为：RAID控制器在RAID磁盘阵列内读取该信息，并将读取的信息写入RAID缓存模块。

其中，所述信息是数据或是数据校验信息。

其中，所述RAID磁盘阵列具有数据校验功能。

一种对廉价磁盘冗余阵列进行写操作的方法，包括：

A2、廉价磁盘冗余阵列RAID控制器收到写请求信息并获得新的数据校验信息后，将所述新的数据校验信息和待写入数据写入RAID缓存模块，返回写请求响应信息；

B2、RAID缓存模块将所述新的数据校验信息和写入数据写入RAID磁盘阵列。

其中，所述RAID控制器获得新的数据校验信息，其过程为：RAID控制器根据待写入的数据进行计算，得到所述新的数据校验信息。

其中，所述RAID控制器获得新的数据校验信息，其过程为：

RAID控制器获得写数据请求的目的地址中的原有数据以及相应的数据校验信息；

RAID控制器根据所述原有数据、相应的数据校验信息和待写入数据进行计算，得到所述新的数据校验信息。

其中，所述RAID控制器获得写数据请求的目的地址的原有数据，其过程包括：

RAID控制器将读原有数据请求信息发送到RAID缓存模块；

RAID缓存模块判断在预先写入RAID缓存模块的信息中是否包括原有数据，如果包括，则RAID控制器在RAID缓存模块内读取写数据请求所需要的目的地址中的原有数据；否则RAID控制器在RAID磁盘阵列内读取写数据请求所需要的目的地址中的原有数据，将读取的原有数据写入RAID缓存模块。

其中，所述RAID控制器获得写数据请求目的地址的原有数据的相应数据校验信息，其过程包括：

RAID控制器将读数据校验信息请求发送到RAID缓存模块；

RAID缓存模块判断在预先写入RAID缓存模块的信息中是否包括所述数据校验信息，如果包括，则RAID控制器在RAID缓存模块内读取所述数据校验信息；否则RAID控制器在RAID磁盘阵列内读取所述数据校验信息，将读取的数据校验信息写入RAID缓存模块。

其中，所述预先写入缓存的信息包括：数据或数据校验信息。

其中，所述预先写入缓存信息，其过程为：RAID控制器将信息写入其与RAID磁盘阵列之间的RAID缓存模块。

其中，所述预先写入缓存信息，其过程为：RAID控制器将信息写入RAID磁盘阵列，并将该信息从所述RAID磁盘阵列写入RAID缓存模块。

其中，所述预先写入缓存信息，其过程为：RAID控制器在RAID磁盘阵列内读取该信息，并将读取的信息写入RAID缓存模块。

其中，所述RAID磁盘阵列具有数据校验功能。

一种对廉价磁盘冗余阵列进行读操作的系统，包括：RAID控制器、RAID缓存模块和具有数据校验功能的RAID磁盘阵列，其中：

所述RAID控制器用于将读请求信息发送到RAID缓存模块，以及，在获知缓存命中时，在RAID缓存模块内读取信息；在获知缓存未命中时，从RAID磁盘阵列内读取相应信息，并将读取的信息写入RAID缓存模块；

所述RAID缓存模块用于根据所述RAID控制器的读请求信息判断是否缓存命中，并将判断结果通知RAID控制器；和，保存从RAID磁盘阵列写入的数据和数据校验信息。

一种对廉价磁盘冗余阵列进行写操作的系统，包括：RAID控制器、RAID缓存模块和具有数据校验功能的RAID磁盘阵列，其中：

所述RAID控制器用于在收到写请求并获得新的数据校验信息后，将新的数据校验信息和待写入数据写入RAID缓存模块，返回写请求响应信息；

所述RAID缓存模块用于保存所述RAID控制器写入的数据和数据校验信息；将数据和数据校验信息写入RAID磁盘阵列。

本发明的有益效果是：如果读写操作请求在RAID控制器之前的缓存中缓存不命中，则通过在RAID控制器和RAID之间加入缓存，增加了RAID控制器对缓存的读写操作机率，减少了RAID控制器直接对磁盘的读写操作，从而提高了RAID控制器读写数据的速度，并提升了系统的性能。

附图说明

图1是本发明的系统示意图。

图2是本发明实施例1的流程图。

图3是本发明实施例2的流程图。

图4是RAID磁盘阵列中条带的示意图。

具体实施方式

在本发明中，通过在RAID控制器和RAID磁盘阵列之间加入缓存模块，即RAID缓存模块，增加了RAID控制器对缓存模块的读/写操作，减少了直接对IAID磁盘阵列的I/O操作，从而提高了RAID控制器读/写数据的速度，并提升了系统的性能。

RAID控制器通过RAID缓存模块对RAID磁盘阵列进行读写操作的系统结构如图1所示，当读写请求在一般缓存模块11中未命中时，该读写请求将被发送到RAID控制器12，RAID控制器12通过RAID缓存模块13对RAID磁盘阵列14进行相应的读写操作。

对于读请求，RAID控制器12首先将该读请求发送到RAID缓存模块13，如果缓存命中，则从RAID缓存模块13读取相应信息；否则从RAID磁盘阵列14读取相应信息，然后再将读取的信息保存进RAID缓存模块13。

对于写请求，如果所写信息未占用RAID磁盘阵列14的整个条带，则RAID控制器12首先将读取待写入数据目的地址中的原有数据和相关数据校验信息；然后，RAID控制器12根据所述原有数据、相关数据校验信息和待写入数据重新计算校验信息；最后，如果RAID缓存模块13为回写型缓存模块，则RAID控制器12将待写入数据和重新计算的校验信息写入RAID缓存模块13，再将所述数据和重新计算的校验信息写入RAID磁盘阵列14；如果RAID缓存模块13为透写型缓存模块，则RAID控制器12将待写入数据和重新计算的校验信息写入RAID磁盘阵列14，再将所述数据和重新计算的校验信息写入RAID缓存模块13。

对于写请求，如果所写信息占用RAID磁盘阵列14的整个条带，则RAID控制器12将根据待写入数据重新计算校验信息；然后，如果RAID缓存模块13为回写型缓存模块，则RAID控制器12将待写入数据和重新计算的校验信息写入RAID缓存模块13，再将所述数据和重新计算的校验信息写入RAID磁盘阵列14；如果RAID缓存模块13为透写型缓存模块，则RAID控制器12将待写入数据和重新计算的校验信息写入RAID磁盘阵列14，再将所述数据和重新计算的校验信息写入RAID缓存模块13。

下面结合实施例1对本发明的方法做进一步具体说明。

参见图2，一种对廉价磁盘冗余阵列进行读操作的方法，包括：

步骤201

RAID控制器将读信息请求发送到其与RAID磁盘阵列之间的RAID缓存模块。

步骤202

RAID缓存模块判断是否缓存命中，即在预先写入RAID缓存模块的信息中是否包括待读取的信息，如果缓存命中，则执行步骤503；否则，从步骤504向后继续执行。

其中，所述预先写入RAID缓存模块的信息可以是数据也可以是数据校验信息。该信息是经过以前的读操作后，保存在RAID缓存模块中的信息；或者是经过以前的写操作后，保存在RAID缓存模块中的信息。

其中，RAID缓存模块判断是否缓存命中的具体方法为：

RAID缓存模块根据读信息请求，提取其中的某些字段，比如：逻辑块地址(LBA)和虚拟磁盘的ID；然后根据提取的字段和相应的哈希(HASH)算法计算出一个键值(KEY)；然后根据计算得到的键值，查找HASH表；如果查表命中则缓存中存在所述读信息请求所需要的信息；否则，缓存中不存在所述读信息请求所需要的信息。

步骤203

RAID控制器在其与RAID磁盘阵列之间的RAID缓存模块内读取相应的信息。

步骤204

RAID控制器在RAID磁盘阵列内读取相应的信息。

步骤205

RAID控制器将读取的信息写入其与RAID磁盘阵列之间的RAID缓存模块，并在RAID缓存模块中保留。

在实施例1中，所述信息可以是数据，也可以是数据校验信息。

在实施例1中，RAID控制器从RAID磁盘阵列读取信息时，将首先查询RAID缓存模块，如果缓存命中，则直接从RAID缓存模块中读取所需要的信息；否则，再从RAID中读取所需要的信息。这样，将减少RAID控制器直接从RAID读取信息的次数，从而提高了RAID控制器读的速度。

执行完本次读信息的操作后，本次读取的信息将被写入RAID缓存模块，并保留在RAID缓存模块中，如果需要对本次读取的信息进行再次读时，即可在RAID缓存模块中执行，这样将减少RAID控制器直接从RAID磁盘阵列读取信息的次数，从而提高了RAID控制器读的速度。

上述实施例主要对RAID控制器从RAID磁盘阵列进行读操作的方法进行了具体说明，下面结合实施例2，对RAID控制器对RAID磁盘阵列进行写操作的方法进行具体说明。

参见图3，一种对廉价磁盘冗余阵列进行写操作的方法，包括：

步骤301

如果待写入RAID磁盘阵列的数据只占用部分条带，则RAID控制器首先要从RAID磁盘阵列中读取写数据请求的目的地址中的原有数据，具体方法和实施例1中RAID控制器对RAID磁盘阵列进行读操作的方法相同，这里不再重复。

其中，所述RAID磁盘阵列的条带是，RAID磁盘阵列中每个磁盘从逻辑上被分为很多磁盘块，每个磁盘各取一块就构成了一个条带。RAID磁盘阵列的调带构成如图4所示，图4中的磁盘块1、磁盘块2、磁盘块3、磁盘块4和磁盘块5分别属于AID磁盘阵列中5个磁盘，这5个磁盘块构成条带1，其余的以此类推。每个条带中都有一个磁盘块作为该条带的校验磁盘块，各条带的校验磁盘块可以分布在不同的磁盘上。

当所写数据占用RAID磁盘阵列的部分条带时，例如：如果条带1的磁盘块5为数据校验磁盘块，而所写数据只占用条带1的磁盘块1、磁盘块2、磁盘块3或磁盘块2、磁盘块3、磁盘块4时，则称为待写入RAID磁盘阵列的数据只占用部分条带。

步骤302

RAID控制器从RAID磁盘阵列中读取相应的数据校验信息，具体方法和实施例1中RAID控制器对RAID磁盘阵列进行读操作的方法相同，这里不再重复。

步骤303

RAID控制器根据获得的写数据请求的目的地址中的原有数据、相应的数据校验信息和待写入的新数据重新计算数据校验信息。

步骤304

RAID控制器将数据写入其与RAID磁盘阵列之间的RAID缓存模块和RAID磁盘阵列，其过程具体包括：

RAID控制器将数据写入所述RAID缓存模块，并返回写请求响应信息，然后RAID缓存模块再根据情况将该数据写入RAID磁盘阵列。

步骤305

RAID控制器将新的数据校验信息写入RAID缓存模块和RAID磁盘阵列，其过程具体包括：

RAID控制器将校验信息写入所述RAID缓存模块，并返回写请求响应信息，然后RAID缓存模块再根据情况将该校验信息写入RAID磁盘阵列。

在实施例2中，RAID控制器从RAID磁盘阵列读取原有数据和相应的数据校验信息的过程中，都是首先查询是否缓存命中，如果缓存命中，则直接从RAID缓存模块中读取所需要的信息；否则，再从RAID磁盘阵列中读取所需要的信息。这样，将减少RAID控制器直接从RAID磁盘阵列读取信息的次数，从而提高了RAID控制器写信息的速度。

执行完本次对RAID磁盘阵列的写操作后，本次写入的信息将保留在RAID缓存模块中，如果需要对本次写入RAID缓存模块的信息进行再次读时，即可在RAID缓存模块中执行，这样将减少RAID控制器直接从RAID磁盘阵列读取信息的次数，从而提高了RAID控制器读的速度，也提高了RAID控制器整体写的速度。

在实施例2中，所述的RAID缓存模块为回写型缓存，当RAID控制器和RAID磁盘阵列之间的RAID缓存模块为回写型缓存，由于RAID控制器可以直接向RAID缓存模块写信息，所以采用回写型缓存可以提高RAID控制器写信息的速度。

但是实际情况中，该RAID缓存模块类型也可以是透写型缓存。如果是透写型缓存，则RAID控制器在写信息时，执行完步骤301～步骤303后，在执行步骤304和步骤305时，RAID控制器先将信息写入RAID磁盘阵列，再从RAID磁盘阵列将该信息写入RAID缓存模块。由于RAID控制器不可以直接向RAID缓存模块写信息，所以利用透写型缓存不可以提高RAID控制器写信息的速度。但是采用透写型缓存可以提高RAID控制器读信息的速度，因为当执行完本次写数据的操作后，本次写入的信息将保留在RAID缓存模块中，如果需要对本次写入RAID缓存模块的信息进行再次读时，即可在RAID缓存模块中执行，这样将减少RAID控制器直接从RAID磁盘阵列读取信息的次数，从而提高了RAID控制器读的速度。

实施例2中，RAID控制器写数据到RAID磁盘阵列的过程被分成5个步骤完成，该方法针对的是所写数据占用RAID磁盘阵列的部分条带的情况。

实际情况中，当所写数据占用RAID磁盘阵列的整个条带时，结合图4，例如：条带1的磁盘块5为数据校验磁盘块，所写数据占用条带1的磁盘块1、磁盘块2、磁盘块3和磁盘块4，则称为待写入RAID磁盘阵列的数据占用整个条带。在这种情况下，RAID控制器写数据到RAID磁盘阵列的过程将被分为3个步骤执行，即：

首先，RAID控制器根据待写入的新数据重新计算数据校验信息；

然后，RAID控制器将数据写入其与RAID磁盘阵列之间的RAID缓存模块和RAID磁盘阵列；

最后，RAID控制器将新的数据校验信息写入RAID缓存模块和RAID磁盘阵列。

在本方法中，RAID控制器将数据和新的数据校验信息写入RAID缓存模块和RAID磁盘阵列的方法和实施例1中步骤304、步骤305所述的方法相同，缓存类型同样分为透写型缓存和回写型缓存，这里不再重复说明。

虽然，在这种情况下，没有了RAID控制器从RAID读取原有数据和相应的数据校验信息的过程，但是执行完本次写数据的操作后，本次写入的信息将保留在RAID缓存模块中，如果需要对本次写入RAID缓存模块的信息进行再次读时，即可在RAID缓存模块中执行，这样将减少RAID控制器直接从RAID磁盘阵列读取信息的次数，从而提高了RAID控制器的读写速度。

在上述各实施例中将所述RAID缓存模块设置为一级缓存还是设置为多级缓存，应该根据具体情况确定；所述RAID缓存模块的容量也应该根据具体情况确定。

Claims (18)

1、一种对廉价磁盘冗余阵列进行读操作的方法，其特征在于，包括：

A1、RAID控制器将读请求信息发送到位于RAID控制器和RAID磁盘阵列之间的RAID缓存模块；

B1、判断在预先写入RAID缓存模块的信息中是否包括待读取的信息，如果包括，则RAID控制器在RAID缓存模块内读取该信息；否则，RAID控制器在RAID磁盘阵列内读取该信息，将读取的信息写入RAID缓存模块。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预先写入RAID缓存模块信息，其过程为：RAID控制器将信息写入RAID缓存模块。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预先写入RAID缓存模块信息，其过程为：RAID控制器将信息写入RAID磁盘阵列，并将该信息从所述RAID磁盘阵列写入RAID缓存模块。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预先写入RAID缓存模块信息，其过程为：RAID控制器在RAID磁盘阵列内读取该信息，并将读取的信息写入RAID缓存模块。

5、根据权利要求1至4任意一项所述的方法，其特征在于，所述信息是数据或是数据校验信息。

6、根据权利要求1至4任意一项所述的方法，其特征在于，所述RAID磁盘阵列具有数据校验功能。

7、一种对廉价磁盘冗余阵列进行写操作的方法，其特征在于，包括：

A2、廉价磁盘冗余阵列RAID控制器收到写请求信息并获得新的数据校验信息后，将所述新的数据校验信息和待写入数据写入RAID缓存模块，返回写请求响应信息；其中，所述RAID缓存模块位于RAID控制器和RAID磁盘阵列之间；

B2、RAID缓存模块将所述新的数据校验信息和写入数据写入RAID磁盘阵列。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述RAID控制器获得新的数据校验信息，其过程为：RAID控制器根据待写入的数据进行计算，得到所述新的数据校验信息。

9、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述RAID控制器获得新的数据校验信息，其过程为：

RAID控制器获得写数据请求的目的地址中的原有数据以及相应的数据校验信息；

RAID控制器根据所述原有数据、相应的数据校验信息和待写入数据进行计算，得到所述新的数据校验信息。

10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述RAID控制器获得写数据请求的目的地址的原有数据，其过程包括：

RAID控制器将读原有数据请求信息发送到RAID缓存模块；

RAID缓存模块判断在预先写入RAID缓存模块的信息中是否包括原有数据，如果包括，则RAID控制器在RAID缓存模块内读取写数据请求所需要的目的地址中的原有数据；否则RAID控制器在RAID磁盘阵列内读取写数据请求所需要的目的地址中的原有数据，将读取的原有数据写入RAID缓存模块。

11、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述RAID控制器获得写数据请求目的地址的原有数据的相应数据校验信息，其过程包括：

RAID控制器将读数据校验信息请求发送到RAID缓存模块；

RAID缓存模块判断在预先写入RAID缓存模块的信息中是否包括所述数据校验信息，如果包括，则RAID控制器在RAID缓存模块内读取所述数据校验信息；否则RAID控制器在RAID磁盘阵列内读取所述数据校验信息，将读取的数据校验信息写入RAID缓存模块。

12、根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述预先写入RAID缓存模块的信息包括：数据或数据校验信息。

13、根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，预先写入RAID缓存模块信息，其过程为：RAID控制器将信息写入其与RAID磁盘阵列之间的RAID缓存模块。

14、根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，预先写入RAID缓存模块信息，其过程为：RAID控制器将信息写入RAID磁盘阵列，并将该信息从所述RAID磁盘阵列写入RAID缓存模块。

15、根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，预先写入RAID缓存模块信息，其过程为：RAID控制器在RAID磁盘阵列内读取该信息，并将读取的信息写入RAID缓存模块。

16、根据权利要求7至11任意一项所述的方法，其特征在于，所述RAID磁盘阵列具有数据校验功能。

17、一种对廉价磁盘冗余阵列进行读操作的系统，包括：RAID控制器、RAID缓存模块和具有数据校验功能的RAID磁盘阵列，其特征在于：

所述RAID控制器用于将读请求信息发送到RAID缓存模块，以及，在获知缓存命中时，在RAID缓存模块内读取信息；在获知缓存未命中时，从RAID磁盘阵列内读取相应信息，并将读取的信息写入RAID缓存模块；其中，所述RAID缓存模块位于RAID控制器和RAID磁盘阵列之间；

所述RAID缓存模块用于根据所述RAID控制器的读请求信息判断是否缓存命中，并将判断结果通知RAID控制器；和，保存从RAID磁盘阵列写入的数据和数据校验信息。

18、一种对廉价磁盘冗余阵列进行写操作的系统，包括：RAID控制器、RAID缓存模块和具有数据校验功能的RAID磁盘阵列，其特征在于：

所述RAID控制器用于在收到写请求并获得新的数据校验信息后，将新的数据校验信息和待写入数据写入RAID缓存模块，返回写请求响应信息；其中，所述RAID缓存模块位于RAID控制器和RAID磁盘阵列之间；

所述RAID缓存模块用于保存所述RAID控制器写入的数据和数据校验信息；将数据和数据校验信息写入RAID磁盘阵列。

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