CN103207761A - 一种raid5系统热备盘的数据备份方法和重构方法 - Google Patents

Abstract

一种RAID5系统热备盘的数据备份方法和重构方法，涉及计算机系统及存储领域。为了在不影响正常的读写性能的情况下，减少数据重构的时间，提高系统的可靠性，将各成员盘及热备盘划分为M个条带；所述备份方法包括：当向各成员盘写入数据时，按照映射规则将所述数据写到所述热备盘对应的条带上；所述映射规则为：对于每个各成员盘的每N个相邻条带上的数据组成的矩阵，从矩阵中选取不同行不同列的数据映射热备盘上；所述重构方法：当有成员盘失效时，查找所述成员盘对应的热备盘条带，与失效的成员盘对应条带的热备盘对应条带的数据不变，不进行重构，热备盘其他条带的数据按照预先设定的重构方式进行重构。应用于数据在线重构。

Description

一种RAID5系统热备盘的数据备份方法和重构方法

技术领域

本发明涉及计算机系统及存储领域，尤其涉及一种RAID5数据备份方法和重构方法。

背景技术

对于具有冗余校验信息的RAID5系统（磁盘阵列，Redundant Arrays ofInexpensive Disks，RAID），可以支持一块成员盘的失效，当一块成员盘失效，整个系统处于降级状态，这个时候可以加入热备盘对系统数据进行重构，但这是一项非常耗时的工作，必须遍历成员盘的所有数据进行校验计算得到失效盘的数据,并且随着磁盘的容量的增大，这个过程需要的时间就会更长。

在重构过程中，如果再出现另一块盘失效的话，那么由于RAID5的冗余机制，无法再进行恢复了，整个阵列就会失效。而数据重构的时间越长，再次有盘失效的概率就越大，系统的可靠性就越低。

磁盘阵列的重构过程有离线重构和在线重构。在实际应用环境中，用户要求存储系统能提供不间断的服务，所以，重构方法的研究一般都是考虑在线重构。

发明内容

为了在不影响正常的读写性能的情况下，减少数据重构的时间，提高系统的可靠性，本发明提出一种RAID5系统热备盘的数据备份方法和重构方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种RAID5系统热备盘的数据备份方法，所述RAID5系统包括一个热备盘和N个成员盘，其中N为正整数，

各成员盘及热备盘各包括M个条带；M为正整数；且M≥N；

所述备份方法包括：

当向各成员盘写入数据时，按照映射规则将所述数据写到所述热备盘对应的条带上；

所述映射规则为：

对于每个数据块矩阵，从各成员盘的第i个条带中，选取一个成员盘，将被选取成员盘的数据映射到所述热备盘的第i个条带中，且不同条带中所选取的成员盘不同；i为1到N的各整数；

所述数据块矩阵为各成员盘的每N个相邻条带上的数据组成的矩阵。

进一步地，当M不能被N整除时，当向热备盘写入数据时，余下的条带仍按照所述映射规则将所述数据写到所述热备盘对应的条带上。

进一步地，所述映射规则为：

各成员盘指定从1开始顺序排列的序号，所述i为该成员盘的序号。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种RAID5系统热备盘的数据备份方法，所述RAID5系统包括K个热备盘和N个成员盘，其中K和N为正整数，

所述备份方法包括：

将N个成员盘划分为K个盘组，对于每个盘组按照前述的备份方法进行备份。

进一步地，对N个成员盘平均分组，若N不能被K整除时，则允许一个或者几个盘组中的成员盘数量多一个或者少一个。

进一步地，其特征在于：对其中一个热备盘的数据采用同步写，其余K-1个热备盘的数据采用异步写；或者对于所有热备盘都异步写。

进一步地，各个盘组划分的条带数相同或者不同。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种RAID5系统热备盘的数据重构方法，用于对前述两种备份方法的数据进行重构，包括：当有成员盘失效时，查找所述成员盘对应的热备盘条带，与失效的成员盘对应条带的热备盘对应条带的数据不变，不进行重构，热备盘其他条带的数据按照预先设定的重构方式进行重构。

进一步地，预先约定的重构方式为：

对于没有备份在热备盘中的条带，对除失效成员盘以外的成员盘进行奇偶校验，获得失效成员盘所述条带的数据，并将获得的数据保存到所述热备盘的对应条带上。。

与现有技术相比，本发明的可以进行在线重构，通过对热备盘进行分组，在写数据块的时候，分组备份数据块，同时也不影响正常的读写性能，减少数据重构的时间，为重构的顺利完成提供保障，可以大大提高系统的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例一的一块热备盘的数据布局示意图；

图2为本发明实施例二的一块热备盘的数据布局示意图；

图3为本发明实施例三的两块热备盘的数据布局示意图；

图4为本发明实施例四的两块热备盘的数据布局示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本发明实施例提出了一种RAID5系统热备盘的数据备份方法，通过对热备盘进行分组，在写数据的时候，分组备份数据，同时也不影响正常的读写性能，提出了一种RAID5系统热备盘的数据重构方法，可以进行在线重构，减少数据重构的时间，为重构的顺利完成提供保障，大大提高系统的可靠性。

本发明实施例的一种RAID5系统热备盘的数据备份方法，主要应用于包括一个热备盘和N个成员盘的RAID5系统，其中N为正整数，

各成员盘及热备盘各包括M个条带；M为正整数；且M≥N；

所述备份方法包括：

当向各热备盘写入数据时，按照映射规则将所述数据写到所述热备盘对应的条带上；

所述映射规则为：

对于每个数据块矩阵，从各成员盘的第i个条带中，选取一个成员盘，将被选取成员盘的数据映射到所述热备盘的第i个条带中，且不同条带中所选取的成员盘不同；i为1到N的各整数；

所述数据块矩阵为各成员盘的每N个相邻条带上的数据组成的矩阵。

目前的RAID5对于数据处理按照4k大小划分条带，即本发明实施例的条带可以包含一个或者多个4k大小的数据存储区域。所以，本发明实施例的条带大小可以调整，在创建RAID5时候确定，默认按照目前RAID5的条带大小处理，即4k大小划分。实施例四便是条带大小可改变的情况。

本发明实施例将成员盘的部分数据按照条带提前备份到热备盘中。

当M不能被N整除时，当向热备盘写入数据时，余下的条带仍按照所述映射规则将所述数据写到所述热备盘对应的条带上。

各成员盘指定从1开始顺序排列的序号，所述i为该成员盘的序号。

上述映射规则为数据块矩阵按照对角线的方式映射，例如成员盘的序号为1、2、3、4、5、6，则对于序号为1的成员盘，是从第1个条带中选取，对于第i个成员盘从第i个条带中选取。

本发明实施例的另一种RAID5系统热备盘的数据备份方法，主要应用于包括K个热备盘和N个成员盘的RAID5系统，其中K和N为正整数，

所述备份方法包括：

将N个成员盘划分为K个盘组，对于每个盘组按照只有一个热备盘的方法进行备份。

当RAID5系统中需要包括多个热备盘。在创建RAID5系统时，根据热备盘的个数对成员盘进行分组，将成员盘划分为一个或者多个盘组。热备盘也按照RAID5的条带进行划分，条带对应关系与RAID5完全一致。本发明实施例可以实现分组备份，将对应盘组内的成员盘的部分数据按照条带提前备份到热备盘中。

若N不能被K整除时，则允许一个或者几个盘组中的成员盘数量多一个或者少一个。

由于热备盘有可能成为性能瓶颈，因此可以只对一块盘的数据采用同步写，其它的盘的数据采用异步写；或者对于所有热备盘都异步写。对于异步写来说，数据是在IO相对空闲的时候完成备份转移，并且需要有位图记录。当进行读操作的时候，则不用进行读热备盘数据的读操作。

各个盘组划分的条带数可以相同也可以不同。

例如将盘组0内各成员盘及热备盘各包括2M个条带；盘组1各成员盘及热备盘被划分为M个条带，或者其他合理的数值。

对本发明实施例的备份方法的数据进行重构，包括：当有成员盘失效时，查找所述成员盘对应的热备盘条带，与失效的成员盘对应条带的热备盘对应条带的数据不变，热备盘其他条带的数据按照预先设定的重构方式进行重构。

其中预先约定的重构方式为现有的重构方式，如：

对于没有备份在热备盘中的条带，对除失效成员盘以外的成员盘进行奇偶校验，获得失效成员盘所述条带的数据，并将获得的数据保存到所述热备盘的对应条带上。

以下结合图1、2、3和4，对本发明的备份方法和重构方法进行阐述：

实施例一

只有一个热备盘的情况，那么这个热备盘对应RAID5所有的成员盘，图1以六个成员盘为例，映射规则为6个成员盘和6个条带组成的数据块矩阵按照对角线的方式，将数据映射到热备盘对应的条带上。有写操作的时候，当成员盘所在的条带有数据写入的时候，也把所述数据写到对应的热备盘的条带上去。

如图1，将第一个成员盘的第一条带的数据C0写到热备盘的第一条带，将第二个成员盘的第二条带的数据C6写到热备盘的第二条带，以此类推，将第六个成员盘的第六条带的数据C29写到热备盘的第六条带；

转换到下一个数据块矩阵，将第一个成员盘的第七条带的数据C30写到热备盘的第七条带，将第二个成员盘的第八条带的数据C36写到热备盘的第八条带，以此类推，将第六个成员盘的第十二条带的数据C59写到热备盘的第十二条带。

最后一部分不能被整除的条带数量不能构成完整的数据块矩阵，余下的条带仍按照前两个数据块矩阵的映射规则将数据写到热备盘对应的条带上。

当RAID5发生降级，即出现单个成员盘失效，并添加热备盘进行重构时，需要经过校验计算得到热备盘的数据块的值。如图1，假如从左边数第三个成员盘失效，换上热备盘后，由于在之前的写操作，把数据写到了热备盘，原来在第三个成员盘上的数据块，在热备盘上具有一部分，见图1中的C12、C42、C72，而且和条带的关系是对应的，因此，对于热备盘的数据块所在的条带可以直接跳过，无须读入，也无须进行校验计算，这样就大大减少了恢复的时间。而热备盘的C0，C6等其他数据块，由于与失效盘的数据不对应，要按照正常的重构方法，校验计算，并将计算的结果覆盖原始写入的数据。当其它盘失效的时候，情况也相同。

实施例二

图2仍以六个成员盘为例，映射规则为6个成员盘和6个条带组成的数据块矩阵按照每两个成员盘反对角线的方式，将数据映射到热备盘对应的条带上。有写操作的时候，当成员盘所在的条带有数据写入的时候，也把所述数据写到对应的热备盘的条带上去。

如图2，将第二个成员盘的第一条带的数据C1写到热备盘的第一条带，将第一个成员盘的第二条带的数据C5写到热备盘的第二条带，将第四个成员盘的第三条带的数据P2写到热备盘的第三条带，将第三个成员盘的第四条带的数据P3写到热备盘的第四条带，将第六个成员盘的第五条带的数据C24写到热备盘的第五条带，第五个成员盘的第六条带的数据C28写到热备盘的第五条带；

转换到下一个数据块矩阵，将第二个成员盘的第七条带的数据C31写到热备盘的第七条带，将第一个成员盘的第八条带的数据C35写到热备盘的第八条带，以此类推，将第五个成员盘的第十二条带的数据C58写到热备盘的第十二条带。

最后一部分不能被整除的条带数量不能构成完整的数据块矩阵，余下的条带仍按照前两个数据块矩阵的映射规则将数据写到热备盘对应的条带上。将第二个成员盘的第十三条带的数据C61写到热备盘的第十三条带，将第一个成员盘的第十四条带的数据C65写到热备盘的第十四条带，将第四个成员盘的第十五条带的数据P14写到热备盘的第十五条带，将第一个成员盘的第十六条带的数据P15写到热备盘的第十六条带。

重构时的具体过程与实施例一相同。

实施例三

如图3所示，有多个热备盘，系统由6块成员盘组成，并且有两块热备盘（更多的热备盘原理相同）。把这6块成员盘分成两组，每组由3块成员盘组成，分别称为盘组0和盘组1。盘组0对应热备盘0，盘组1对应热备盘1，每个盘组的数据只备份到对应的热备盘，即第一、二、三成员盘的数据备份到热备盘0，第四、五、六成员盘的数据备份到热备盘1。

对于盘组0，映射规则为3个成员盘和3个条带组成的数据块矩阵按照对角线的方式，将数据映射到热备盘对应的条带上。

对于盘组1，映射规则为3个成员盘和3个条带组成的数据块矩阵以第一条带的中间数据为中心，先左后右螺旋下降的方式，将数据映射到热备盘对应的条带上。

如图3，对于盘组0和热备盘0的情况，将第一个成员盘的第一条带的数据C0写到热备盘0的第一条带，将第二个成员盘的第二条带的数据C6写到热备盘0的第二条带，将第三个成员盘的第六条带的数据C12写到热备盘0的第三条带；

盘组0接下来的数据块矩阵，按照相同的映射规则。

对于盘组1和热备盘1的情况，将第五个成员盘的第一条带的数据C4写到热备盘1的第一条带，将第四个成员盘的第二条带的数据C8写到热备盘1的第二条带，将第六个成员盘的第三条带的数据C14写到热备盘1的第三条带；

盘组1接下来的数据块矩阵，按照相同的映射规则。

如图3，如果第二个成员盘失效，它属于盘组0，换上热备盘0后，由于在之前的写操作，对应条带的数据已经写到写到热备盘0上，见图3中的C6、P4、C36、P10、C66，而且和条带的关系是对应的，因此，对于热备盘0的数据块所在的条带可以直接跳过，无须读入，减少了恢复的时间。其他数据块，由于与失效盘的数据不对应，要按照正常的重构方法，校验计算，并将计算的结果覆盖原始写入的数据。当其它盘失效的时候，情况也相同。

实施例四

如图4所示，与实施例三的组盘划分方式相同，但是组盘0与组盘1条带的划分方式不同，盘组1相当于将盘组0的两个条带视为一个条带。

对于盘组0和盘组1，映射规则为3个成员盘和3个条带组成的数据块矩阵按照对角线的方式，将数据映射到热备盘对应的条带上。

如图3，对于盘组0和热备盘0的情况，将第一个成员盘的第一条带的数据C0写到热备盘0的第一条带，将第二个成员盘的第二条带的数据C6写到热备盘0的第二条带，将第三个成员盘的第六条带的数据C12写到热备盘0的第三条带；

盘组0接下来的数据块矩阵，按照相同的映射规则，最后一个数据块矩阵并不完整，余下的条带仍按照前两个数据块矩阵的映射规则将数据写到热备盘对应的条带上。

对于盘组1和热备盘1的情况，将第四个成员盘的第一条带的数据C3、C8写到热备盘1的第一条带，将第五个成员盘的第二条带的数据C13、C18写到热备盘1的第二条带，将第六个成员盘的第三条带的数据C24、C29写到热备盘1的第三条带；

盘组1接下来的数据块矩阵，按照相同的映射规则，最后一个数据块矩阵并不完整，余下的条带仍按照前两个数据块矩阵的映射规则将数据写到热备盘对应的条带上。

重构时的具体过程与实施例三相同。

成员盘数为N，热备盘数为K，原来的重构时间为T，考虑到不一定整除的原因，这个方法需要的重构时间为T-T*K/N，比改进之前至少加快的时间为（N-K）/N倍；单一热备盘加快（N-1）/N倍，热备盘数量越多，加快的时间就越快，最快的情况是K=N，基本不需要重构时间，这种情况相当于RAID15（先做RAID1再做RAID5）。可见，此方法加快了RAID5数据重构时间，并且具有很好的扩展性，大大提高系统的可靠性。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种RAID5系统热备盘的数据备份方法，其特征在于：所述RAID5系统包括一个热备盘和N个成员盘，其中N为正整数，

各成员盘及热备盘各包括M个条带；M为正整数；且M≥N；

所述备份方法包括：

当向各成员盘写入数据时，按照映射规则将所述数据写到所述热备盘对应的条带上；

所述映射规则为：

对于每个数据块矩阵，从各成员盘的第i个条带中，选取一个成员盘，将被选取成员盘的数据映射到所述热备盘的第i个条带中，且不同条带中所选取的成员盘不同；i为1到N的各整数；

所述数据块矩阵为各成员盘的每N个相邻条带上的数据组成的矩阵。

2.如权利要求1所述的备份方法，其特征在于：

当M不能被N整除时，当向热备盘写入数据时，余下的条带仍按照所述映射规则将所述数据写到所述热备盘对应的条带上。

3.如权利要求1所述的备份方法，其特征在于：所述映射规则为：

各成员盘指定从1开始顺序排列的序号，所述i为该成员盘的序号。

4.一种RAID5系统热备盘的数据备份方法，其特征在于：所述RAID5系统包括K个热备盘和N个成员盘，其中K和N为正整数，

所述备份方法包括：

将N个成员盘划分为K个盘组，对于每个盘组按照权利要求1-3任一权利要求所述的备份方法进行备份。

5.如权利要求4所述的备份方法，其特征在于：对N个成员盘平均分组，若N不能被K整除时，则允许一个或者几个盘组中的成员盘数量多一个或者少一个。

6.如权利要求4或5所述的备份方法，其特征在于：对其中一个热备盘的数据采用同步写，其余K-1个热备盘的数据采用异步写；或者对于所有热备盘都异步写。

7.如权利要求4或5所述的备份方法，其特征在于：各个盘组划分的条带数相同或者不同。

8.一种RAID5系统热备盘的数据重构方法，其特征在于：用于对利用权利要求1或者权利要求4的备份方法的数据进行重构，包括：当有成员盘失效时，查找所述成员盘对应的热备盘条带，与失效的成员盘对应条带的热备盘对应条带的数据不变，不进行重构，热备盘其他条带的数据按照预先设定的重构方式进行重构。

9.如权利要求8所述的重构方法，其特征在于：预先约定的重构方式为：

对于没有备份在热备盘中的条带，对除失效成员盘以外的成员盘进行奇偶校验，获得失效成员盘所述条带的数据，并将获得的数据保存到所述热备盘的对应条带上。

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