CN105138281A - 一种物理磁盘的共享方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物理磁盘的共享方法及装置，该方法包括：将待分配至前端设备的多个卷和快照组织成多个树形结构，并以包括树识别码、分支识别码以及节点识别码的三元数组来标识多个树形结构中的任意卷或快照；以预定大小的数据块对每一卷或快照进行条带化，以包括树识别码、分支识别码、节点识别码以及数据块识别码的四元数组来标识多个树形结构中的任意卷或快照中的任意数据块；对每一数据块对应的四元数组进行组合运算，获取唯一识别码；对唯一识别码进行分布式哈希运算，获取路由识别码，将路由识别码与物理磁盘的网络地址一一对应以形成路由关系表并存储。通过上述技术方案，本发明可支持并发访问，系统可靠性亦得到极大的提高。

Description

一种物理磁盘的共享方法及装置

技术领域

本发明涉及网络分布式存储技术领域，特别是涉及一种物理磁盘的共享方法及装置。

背景技术

随着数据量的爆炸式增长，存储的数据文件越来越大，传统的数据存储方式已不能满足日益增长的需求，分布式存储技术在这几年如雨后春笋涌现出来，现有的分布式存储技术中使用较多者如IP-SAN(IP-StorageAreaNetwork，IP-存储局域网络)技术，其顺应了当前大数据的发展趋势背景下应运而生，正逐渐取代传统的NAS和SAN存储设备。

如图1所示，图1是现有的IP-SAN技术的系统结构示意图，如图1所示，IP-SAN系统采用iscsi(internetSmallComputerSystemInterface，互联网小型计算机接口)协议将物理磁盘(内设置有Target存储设备的LUN(卷)100)10共享给多个Initiator(发起者，即前端设备)，每个Initiator均可以将卷100挂载到本地，在本地作为SCSI磁盘提供给应用使用。

在现有技术中，多个发起者通过网络连接及会话实现与同一个卷100的通信，但是，由于后端存储设备单个卷100需要同时共享给多个发起者，这会造成前端共享设备的存储性能受到限制，在发起者1、发起者2、发起者3同时对单个卷进行并发访问时，实际上是对同一个物理磁盘进行访问，当发起者数量过多时，单个物理磁盘负荷过大，会造成阻塞，使得发起者不能正常访问单个卷，故现有技术由于本身网络架构所限，并不能支持并发访问，并且可靠性较低。

发明内容

本发明实施例提供了一种物理磁盘的共享方法及装置，将前端设备的卷和快照映射至多个物理磁盘中，每一卷和快照均对应多个不同的物理磁盘，在访问同一卷和快照时，实质上需要访问多个不同的物理磁盘，而不是单一的物理磁盘，故可支持并发访问物理磁盘，可靠性亦得到极大的提高。

第一方面提供一种物理磁盘的共享方法，该方法用于将多个物理磁盘通过网络共享给前端设备，其中每一物理磁盘均具有一网络地址，该方法包括：将待分配至前端设备的多个卷和快照组织成多个树形结构，并以包括树识别码、分支识别码以及节点识别码的三元数组来标识多个树形结构中的任意卷或快照；以预定大小的数据块对每一卷或快照进行条带化，以包括树识别码、分支识别码、节点识别码以及数据块识别码的四元数组来标识多个树形结构中的任意卷或快照中的任意数据块；对每一数据块对应的四元数组进行组合运算，获取与四元数组一一对应的唯一识别码；对唯一识别码进行分布式哈希运算，获取与数据块对应的路由识别码，将路由识别码与物理磁盘的网络地址一一对应以形成路由关系表并存储。

在第一方面的第一种可能的实现方式中，该方法还包括：获取前端设备发出的卷加载请求；响应卷加载请求选择多个树形结构中的卷或快照；发送所选择的卷或快照上每一数据块对应的唯一识别码至前端设备。

根据第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，该方法还包括：获取前端设备发送的写入请求，其中写入请求是前端设备对卷中的数据块进行写入操作时产生的，写入请求包括所要写入的卷中的数据块对应的唯一识别码以及待写入数据；将唯一识别码作为键，并将待写入数据作为值，形成键值关系。

根据第一方面的第一种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，该方法还包括：对唯一识别码进行分布式哈希运算，获取对应的路由识别码；根据路由识别码查找路由关系表中对应的物理磁盘的网络地址；将键值关系发送至网络地址对应的物理磁盘，以将键值关系中的唯一识别码写入物理磁盘的元数据区域的空位置，并将键值关系中的待写入数据写入元数据区域的空位置对应的数据区域。

根据第一方面的第一种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，该方法还包括：获取前端设备发送的读取请求，其中读取请求是前端设备对卷或快照中的数据块进行读取操作时产生的，读取请求包括所要读取的卷或快照中的数据块对应的唯一识别码；将唯一识别码作为键值关系中的键。

根据第一方面的第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，该方法还包括：对唯一识别码进行分布式哈希运算，获取对应的路由识别码；根据路由识别码查找路由关系表对应的物理磁盘的网络地址；查找网络地址对应的物理磁盘的元数据区域是否存储有唯一识别码，如果有，读取存储有唯一识别码的元数据区域对应的数据区域的数据，并将数据作为键值关系中的值；如果没有，将误读提醒数据作为键值关系中的值，其中误读提醒数据用于提醒前端设备本数据块在读取之前并没有写入数据；发送键值关系至前端设备。

根据第一方面、第一方面的第一至第五种可能的实现方式中的任一者，在第六种可能的实现方式中，在树形结构中，卷设置在树形结构的叶子节点，快照设置在树形结构的非叶子节点。

根据第一方面、第一方面的第一至第五种可能的实现方式中的任一者，在第七种可能的实现方式中，物理磁盘的数据区域也以预定大小的数据块进行条带化。

根据第一方面、第一方面的第一至第五种可能的实现方式中的任一者，在第八种可能的实现方式中，预定大小的数据块的大小为1M。

根据第一方面、第一方面的第一至第五种可能的实现方式中的任一者，在第九种可能的实现方式中，网络地址为IP地址及端口的组合。

第二方面提供一种物理磁盘的共享装置，该装置用于将多个物理磁盘通过网络共享给前端设备，其中每一物理磁盘均具有一网络地址，该装置包括：第一标识模块，用于将待分配至前端设备的多个卷和快照组织成多个树形结构，并以包括树识别码、分支识别码以及节点识别码的三元数组来标识多个树形结构中的任意卷或快照；第二标识模块，用于以预定大小的数据块对每一卷或快照进行条带化，以包括树识别码、分支识别码、节点识别码以及数据块识别码的四元数组来标识多个树形结构中的任意卷或快照中的任意数据块；第一运算模块，用于对每一数据块对应的四元数组进行组合运算，获取与四元数组一一对应的唯一识别码；第二运算模块，用于对唯一识别码进行分布式哈希运算，获取与数据块对应的路由识别码；存储模块，将路由识别码与物理磁盘的网络地址一一对应以形成路由关系表并存储。

在第二方面的第一种可能的实现方式中，该装置还包括：接收模块，用于获取前端设备发出的卷加载请求；选择模块，用于响应卷加载请求选择多个树形结构中的卷或快照；发送模块，用于发送所选择的卷或快照上每一数据块对应的唯一识别码至前端设备。

根据第二方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，该装置还包括键值关系生成模块，其中：接收模块，还用于获取前端设备发送的写入请求，其中写入请求是前端设备对卷中的数据块进行写入操作时产生的，写入请求包括所要写入的卷中的数据块对应的唯一识别码以及待写入数据；键值关系生成模块，用于将唯一识别码作为键，并将待写入数据作为值，形成键值关系。

根据第二方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，该装置还包括查找模块，其中：第二运算模块，用于对唯一识别码进行分布式哈希运算，获取对应的路由识别码；查找模块，用于根据路由识别码查找路由关系表中对应的物理磁盘的网络地址；发送模块，还用于将键值关系发送至网络地址对应的物理磁盘，以将键值关系中的唯一识别码写入物理磁盘的元数据区域的空位置，并将键值关系中的待写入数据写入元数据区域的空位置对应的数据区域。

根据第二方面的第一种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，该装置还包括键值关系生成模块，其中：接收模块，用于获取前端设备发送的读取请求，其中读取请求是前端设备对卷或快照中的数据块进行读取操作时产生的，读取请求包括所要读取的卷或快照中的数据块对应的唯一识别码；键值关系生成模块，用于将唯一识别码作为键值关系中的键。

根据第二方面的第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，该装置还包括查找模块，其中：第二运算模块，用于对唯一识别码进行分布式哈希运算，获取对应的路由识别码；查找模块，用于根据路由识别码查找路由关系表对应的物理磁盘的网络地址；并查找网络地址对应的物理磁盘的元数据区域是否存储有唯一识别码，如果有，键值关系生成模块用于读取存储有唯一识别码的元数据区域对应的数据区域的数据，并将数据作为键值关系中的值；如果没有，键值关系生成模块用于将误读提醒数据作为键值关系中的值，其中误读提醒数据用于提醒前端设备本数据块在读取之前并没有写入数据；发送模块，用于发送键值关系至前端设备。

根据第二方面、第二方面的第一至第五种可能的实现方式中的任一者，在第六种可能的实现方式中，在树形结构中，卷设置在树形结构的叶子节点，快照设置在树形结构的非叶子节点。

根据第二方面、第二方面的第一至第五种可能的实现方式中的任一者，在第七种可能的实现方式中，物理磁盘的数据区域也以预定大小的数据块进行条带化。

根据第二方面、第二方面的第一至第五种可能的实现方式中的任一者，在第八种可能的实现方式中，预定大小的数据块的大小为1M。

根据第二方面、第二方面的第一至第五种可能的实现方式中的任一者，在第九种可能的实现方式中，网络地址为IP地址及端口的组合。

通过上述方案，在本发明实施例中，通过四元数组将卷和快照的每一个数据块以特定的数据结构标识，生成对应的路由识别码，并将路由识别码与物理磁盘的网络地址一一对应，从而将前端设备的卷和快照映射至多个物理磁盘，每一卷和快照均对应多个不同的物理磁盘，在访问同一卷和快照时，实质上需要访问多个不同的物理磁盘，而不是单一的物理磁盘，故可支持并发访问，可靠性亦得到极大的提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是现有的IP-SAN技术的系统结构示意图；

图2是根据本发明实施例的系统结构示意图；

图3是根据本发明实施例的物理磁盘的共享方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的卷和快照的树状结构示意图；

图5是根据本发明实施例的卷和快照中数据块的格式示意图；

图6是根据本发明实施例的物理磁盘的共享方法的数据转换示意图

图7是根据本发明实施例的物理磁盘的共享方法的另一流程图；

图8是根据本发明实施例的物理磁盘的共享方法的另一流程图；

图9是根据本发明实施例的物理磁盘的数据结构示意图；

图10是根据本发明实施例的物理磁盘的共享方法的另一流程图；

图11是本发明的物理磁盘的共享装置第一实施例的装置结构示意图；

图12是本发明的物理磁盘的共享装置第二实施例的装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

首先请参见图2，图2是根据本发明实施例的系统结构示意图。如图2所示，本发明实施例的物理磁盘的共享方法应用于服务器20中，用于将多个物理磁盘1、2、3、4通过网络共享给前端设备11、12、13，服务器20与前端设备11、12、13具有网络连接，并且服务器20与物理磁盘在本地或通过网络远程挂载有多个物理磁盘1、2、3、4。

值得注意的是，在本实施例中，服务器的数量是1个，但在本发明的可选实施例中，服务器的数量也可以是多个，即发明实施例的物理磁盘的共享方法可同时应用于多个服务器中，本发明对此不作限定。

每一物理磁盘1、2、3、4均具有一网络地址，优选地，网络地址可以是IP地址加上端口号，其中IP地址具体可为服务器20的IP地址，端口号为服务器20分配给物理磁盘的端口号。

并且，前端设备11、12、13可具体为VM(VirtualMachine，虚拟机)，在本发明实施例中，前端设备及物理磁盘的数量为复数个，具体可根据实际需要选取，并不限定于如图2所示之数量。

以下请参见图3，图3是根据本发明实施例的物理磁盘的共享方法的流程图。如图3所示，本发明的物理磁盘的共享方法包括以下步骤：

步骤101：将待分配至前端设备的多个卷和快照组织成多个树形结构，并以包括树识别码、分支识别码以及节点识别码的三元数组来标识多个树形结构中的任意卷或快照。

步骤102：以预定大小的数据块对每一卷或快照进行条带化，以包括树识别码、分支识别码、节点识别码以及数据块识别码的四元数组来标识多个树形结构中的任意卷或快照中的任意数据块。

步骤103：对每一数据块对应的四元数组进行组合运算，获取与四元数组一一对应的唯一识别码。

步骤104：对唯一识别码进行分布式哈希运算，获取与数据块对应的路由识别码，将路由识别码与物理磁盘的网络地址一一对应以形成路由关系表并存储。

为了便于理解，请结合图4和图5一并参考，其中图4是根据本发明实施例的卷和快照的树状结构示意图，图5是根据本发明实施例的卷和快照中数据块的格式示意图。

如图4所示，在步骤101中，通过三元组(tree，brach，node)识别树形结构的节点，其中tree表示树的编号，brach表示分支，node表示节点；例如在树1中，treeid＝1，那么a节点为(1，1，0)，b节点为(1，1，1)，c节点为(1，2，0)，d节点为(1，1，3)，e节点为(1，3，0)，f节点为(1，2，1)，g节点为(1，3，1)。

在树2中，treeid＝2，那么a’节点为(2，1，0)，b’节点为(2，1，1)，c’节点为(2，2，0)，d’节点为(2，1，3)，e’节点为(2，3，0)，f’节点为(2，2，1)，g’节点为(2，3，1)。

通过三元组对树形结构进行标识后，树形结构的叶子节点可作为卷节点，树形结构的非叶子节点可作为快照节点，产生分支的节点作为基于快照创建的新卷。在树形结构的单个分支上，快照与卷的nodeid不同，并且呈递增的形式。

并请参见图5，正如步骤102所述，可进一步将卷和快照进行条带化，每个数据块的单位优选为1M。在其他实施例中，本领域的普通技术人员还可以将每个数据块的单位设置为其他数值。

每个数据块通过blockno(块顺序号)进行编号，例如每个数据块的编号依次为0，1，2，3，4……(其编号数量取决于blockno的数据长度)。

在步骤102中，对卷和快照经条带化后的每1M的数据块进行编码，生成四元数组，其中四元数组的编码格式如表1：

tree id

block no

branch id

node id

表1

通过上述编码方式，可以将卷和快照的任何1M数据块进行标识，例如图4中的a节点，a节点第一块数据块的编码为(1，1，1，0)，第n块数据块的编码为(1，n，1，0)。

其中，示例性的，treeid的数据长度可以设为4bit，blockno的数据长度可以设为4bit，branchid的数据长度可以设为4bit，nodeid的数据长度可以设为4bit。在步骤103中，可将四元数组进行组合运算，例如针对a节点的第一个数据块(1，1，1，0)，组合运算具体为：将四元数组内的每一元素转换为二进制数并以4bit的二进制数表示为(0001，0001，0001，0000)，按顺序组合各元素，组合后的唯一识别码字对应为0001000100010000。

由于上述组合运算可逆，因此四元数组与唯一识别码之间可以相互推导。

而在步骤104中，分布式哈希运算方式具体可参见以下举例：

针对a节点的第一个数据块(1，1，1，0)的唯一识别码0001000100010000而言，将唯一识别码0001000100010000转换为十进制数：

2⁴+2⁸+2¹²＝16+256+4096＝4368

进一步，可对4368作取模运算，如4368modn，其中n为物理磁盘的个数。

于此可示例性地定义n＝4，即物理磁盘的个数为4个，故4368mod4＝0。

因此a节点的第一个数据块(1，1，1，0)的路由识别码为0。

若物理磁盘的个数为4个，路由识别码可以是0，1，2，3中的一者。故在本发明实施例中，通过分布式哈希运算，任意一个四元数组均可对应一个路由识别码。

而服务器20则可将路由识别码与物理磁盘的网络地址一一对应以形成路由关系表并存储。举例而言，路由关系表可如表2所示：

路由识别码	网络地址
		0	192.168.1.1：1000
1	192.168.1.1：1001
		2	192.168.1.1：1002
3	192.168.1.1：1003

表2

其中，网络地址192.168.1.1：1000可指向物理磁盘1，网络地址192.168.1.1：1001可指向物理磁盘2，网络地址192.168.1.1：1002可指向物理磁盘3，网络地址192.168.1.1：1003可指向物理磁盘4。

可结合图6进行参考，图6是根据本发明实施例的物理磁盘的共享方法的数据转换示意图。如图6所示，当物理磁盘的数量是4时，多个唯一识别码与4进行取模运算可分别得到0，1，2，3四个不同的路由识别码，故唯一识别码可分为4个群组，分别为群组301、群组302、群组303、群组304，每一群组均对应一个路由识别码，从而通过路由关系表30与对应的一个物理磁盘建立关联。

值得注意的是，当物理磁盘的个数是n个时，路由识别码可以是0，1，2，…，n-1，此时唯一识别码可分为n个群组，并通过路由关系表与n个磁盘建立关联。

因此，在本实施例中，通过四元数组对卷和快照中的数据块进行标识，并根据四元数组来将每一卷和快照中的数据块与不同的物理磁盘关联，在前端设备访问同一卷和快照中的不同数据块时，实质上需要访问多个不同的物理磁盘，而不是单一的物理磁盘，故本实施例揭示的技术方案可支持并发访问，可靠性亦得到极大的提高。

以下将详细描述前端设备将卷或快照挂载到本地以及进行写入操作和读写操作的具体方式。

首先请参见图7，图7是根据本发明实施例的物理磁盘的共享方法的另一流程图。图7具体描述了前端设备将卷或快照挂载到本地的流程，如图7所示，本发明实施例的物理磁盘的共享方法还包括以下步骤：

步骤104：获取前端设备发出的卷加载请求。

步骤105：响应卷加载请求选择多个树形结构中的卷或快照。

步骤106：发送所选择的卷或快照上每一数据块对应的唯一识别码至前端设备。使得前端设备可将所选择的卷或快照加载到本地。

上述步骤104至106均可由服务器执行，当前端设备需要将卷或快照加载到本地，可向服务器发出卷加载请求，服务器响应卷加载请求选择多个树形结构中的卷或快照，并发送所选择的卷或快照上每一数据块对应的唯一识别码至前端设备。据此前端设备可获得多个唯一识别码，并根据唯一识别码来访问物理磁盘，以对物理磁盘进行读写。

以下请参见图8，图8是根据本发明实施例的物理磁盘的共享方法的另一流程图。本流程主要用于说明前端设备对加载到本地的卷进行写入操作时，服务器对物理磁盘进行写入操作的具体方法，如图7所示，该方法包括以下步骤：

步骤106：获取前端设备发送的写入请求。其中写入请求是前端设备对加载到本地的卷中的数据块进行写入操作时产生的，写入请求包括所要写入的卷中的数据块对应的唯一识别码以及待写入数据。举例而言，若前端设备挂载了树1的g节点(1，3，1)作为本地的卷，并对该卷的第一个数据块(1，1，3，1)进行写入操作，故此时写入请求中包括g节点第一个数据块(1，1，3，1)的唯一识别码0001000100110001以及待写入数据。

步骤107：将唯一识别码作为键，并将待写入数据作为值，形成键值关系。

步骤108：对唯一识别码进行分布式哈希运算，获取对应的路由识别码。在本步骤中，针对唯一识别码0001000100110001进行分布式哈希运算，首先获取其对应的十进制数：

2⁰+2⁴+2⁵+2⁸+2¹²＝1+16+32+256+4096＝4401

进一步对4401作取模运算，如4401mod4，其中4为物理磁盘的个数，得到路由识别码为1。

步骤109：根据路由识别码查找路由关系表中对应的物理磁盘的网络地址。具体地，可参见表2，由于路由识别码1对应的网络地址是192.168.1.1：1001，而该网络地址指向物理磁盘2，故可定位到物理磁盘2，对物理磁盘2进行写入。

步骤110：将键值关系发送至网络地址对应的物理磁盘，以将键值关系中的唯一识别码写入物理磁盘的元数据区域的空位置，并将键值关系中的待写入数据写入元数据区域的空位置对应的数据区域。

上述步骤可由服务器执行。

为了便于说明，请结合图9进行参考，图9是根据本发明实施例的物理磁盘的数据结构示意图。如图9所示，物理磁盘70包括元数据区域701和数据区域702，并且元数据区域701用于存储元数据，每一元数据具有固定的数据长度，而数据区域702用于存储数据块，每一数据块也具有固定数据长度，数据块的数据长度比元数据的数据长度大，在本发明的优选实施例中，物理磁盘70的数据区域也以预定大小的数据块进行条带化，该预定大小的数据块与卷或快照进行条带化后产生的预定大小的数据块的数据长度一致，举例而言可均设为1M。

并且，在物理磁盘70中，元数据区域701与数据区域702之间具有映射关系，即如图9中箭头所示，只要获知元数据区域701即可访问与该元数据区域701对应的数据区域702，K1区域与V1区域对应，K2区域与V2区域对应，K3区域与V3区域对应，K4区域与V4区域对应，K5区域与V1区域对应。

故在步骤110中，将键值关系发送至网络地址对应的物理磁盘之后，只需对物理磁盘的元数据区域进行查找，若查找到空位置，则将唯一识别码写入空位置中，并根据元数据区域与数据区域之间的映射关系将待写入数据写入元数据区域的空位置对应的数据区域，从而完成数据写入操作。

以下请参见图10，图10是根据本发明实施例的物理磁盘的共享方法的另一流程图。本流程主要用于说明前端设备对加载到本地的卷或快照进行读取操作时，服务器对物理磁盘进行读取操作的具体方法，如图8所示，该方法包括以下步骤：

步骤206：获取前端设备发送的读取请求。其中读取请求是前端设备对加载到本地的卷或快照中的数据块进行读取操作时产生的，读取请求包括所要读取的卷或快照中的数据块对应的唯一识别码。举例而言，若前端设备挂载了树1的g节点(1，3，1)作为本地的卷，并对该卷的第一个数据块(1，1，3，1)进行读取操作，故此时读取请求中包括g节点第一个数据块(1，1，3，1)的唯一识别码0001000100110001。

步骤207：将唯一识别码作为键值关系中的键。

步骤208：对唯一识别码进行分布式哈希运算，获取对应的路由识别码。在本步骤中，针对唯一识别码0001000100110001进行分布式哈希运算，首先获取其对应的十进制数：

2⁰+2⁴+2⁵+2⁸+2¹²＝1+16+32+256+4096＝4401

进一步对4401作取模运算，如4401mod4，其中4为物理磁盘的个数，得到路由识别码为1。

步骤209：根据路由识别码查找路由关系表对应的物理磁盘的网络地址。具体地，可参见表2，由于路由识别码1对应的网络地址是192.168.1.1：1001，而该网络地址指向物理磁盘2，故可定位到物理磁盘2，对物理磁盘2进行读取。

步骤210：查找网络地址对应的物理磁盘的元数据区域是否存储有唯一识别码，如果有，执行步骤212，如果没有，执行步骤211。

步骤212：读取存储有唯一识别码的元数据区域对应的数据区域的数据，并将该数据作为键值关系中的值。

步骤211：将误读提醒数据作为键值关系中的值。其中误读提醒数据用于提醒前端设备本数据块在读取之前并没有写入数据。

步骤213：发送键值关系至前端设备。

上述步骤可由服务器执行。

在步骤210中，存在两种情况，第一种是物理磁盘2的元数据区域存储有唯一识别码，如经上述步骤106至110之后，物理磁盘2的元数据区域存储有唯一识别码0001000100110001，故在步骤210中，查找到物理磁盘2的元数据区域存储有唯一识别码0001000100110001，其与步骤208运算所得的唯一识别码0001000100110001一致，此时执行步骤212，读取存储有唯一识别码0001000100110001的元数据区域对应的数据区域的数据，并将该数据作为键值关系中的值，并在步骤213中，将键值关系发送至前端设备，从而使得前端设备获取唯一识别码0001000100110001对应的数据块对应的数据。

第二种情况是物理磁盘2的元数据区域没有存储唯一识别码0001000100110001，此时在步骤210中，将误读提醒数据作为键值关系中的值，并在步骤213中发送键值关系至前端设备，使得前端设备获知要读取的数据块在进行读取之前并没有写入数据。误读提醒数据可以特定数值表示，优选可设置为0。

因此，在本实施例中，在通过四元数组对卷和快照中的数据块进行标识、并在根据四元数组来将每一卷和快照中的数据块与不同的物理磁盘关联的基础上，前端设备对同一卷和快照中的不同数据块进行读取或写入操作时(其中读取操作可针对卷和快照，写入操作仅针对卷)，实质上需要访问多个不同的物理磁盘，而不是单一的物理磁盘。

并且，在本发明实施例中，当某一物理磁盘不能工作时，服务器只需修改路由关系表，利用剩余物理磁盘也可正常工作。举例而言，若物理磁盘4不能正常工作，此时只需修改路由关系表2，将路由识别码3与网络地址192.168.1.1：1002关联，即路由识别码2和3均于物理磁盘3关联(仅以此作示例说明)，通过物理磁盘1、2、3也能够很好地维持系统正常工作。因此在有限数量个物理磁盘不能正常工作时，通过修改路由关系表，也能保证系统正常运行。

又或者，当某一物理磁盘不能工作时，服务器也可以修改分布式哈希算法，利用剩余物理磁盘也可正常工作。举例而言，若物理磁盘4不能正常工作，此时只需在分布式哈希算法将n值从4修改为3，形成新的路由关系表，从而通过物理磁盘1、2、3也能够很好地维持系统正常工作。因此在有限数量个物理磁盘不能正常工作时，通过修改分布式哈希算法中的n值，使其与能够正常工作的物理磁盘数量一致，也能保证系统正常运行。

故本实施例揭示的技术方案可支持并发访问，并极大的提高了可靠性。

本发明实施例进一步提供一种物理磁盘的共享装置，其可设置在服务器20中，以实现上述物理磁盘的共享方法。

可选地，该物理磁盘的共享装置也可设置在多个服务器中，本发明对此不作限定。

以下请参见图11，图11是本发明的物理磁盘的共享装置第一实施例的装置结构示意图。物理磁盘的共享装置40用于将多个物理磁盘通过网络共享给前端设备，其中每一物理磁盘均具有一网络地址，如图11所示，物理磁盘的共享装置40包括：

第一标识模块401，用于将待分配至前端设备的多个卷和快照组织成多个树形结构，并以包括树识别码、分支识别码以及节点识别码的三元数组来标识多个树形结构中的任意卷或快照；

第二标识模块402，用于以预定大小的数据块对每一卷或快照进行条带化，以包括树识别码、分支识别码、节点识别码以及数据块识别码的四元数组来标识多个树形结构中的任意卷或快照中的任意数据块；

第一运算模块403，用于对每一数据块对应的四元数组进行组合运算，获取与四元数组一一对应的唯一识别码；

第二运算模块404，用于对唯一识别码进行分布式哈希运算，获取与数据块对应的路由识别码；

存储模块405，将路由识别码与物理磁盘的网络地址一一对应以形成路由关系表并存储。

在本实施例中，通过四元数组对卷和快照中的数据块进行标识，并根据四元数组来将每一卷和快照中的数据块与不同的物理磁盘关联，在前端设备访问同一卷和快照中的不同数据块时，实质上需要访问多个不同的物理磁盘，而不是单一的物理磁盘，故本实施例揭示的技术方案可支持并发访问，可靠性亦得到极大的提高。

以下将详细描述前端设备将卷或快照挂载到本地以及进行写入操作和读写操作的具体方式。

可选地，物理磁盘的共享装置40还包括：接收模块407，用于获取前端设备发出的卷加载请求；选择模块406，用于响应卷加载请求选择多个树形结构中的卷或快照；发送模块409，用于发送所选择的卷或快照上每一数据块对应的唯一识别码至前端设备。

前端设备通过上述方式来完成将卷或快照加载到本地的动作。

可选地，物理磁盘的共享装置40还包括键值关系生成模块410和查找模块408，其中：接收模块407，还用于获取前端设备发送的写入请求，其中写入请求是前端设备对卷中的数据块进行写入操作时产生的，写入请求包括所要写入的卷中的数据块对应的唯一识别码以及待写入数据；键值关系生成模块410，用于将唯一识别码作为键，并将待写入数据作为值，形成键值关系。第二运算模块404，用于对唯一识别码进行分布式哈希运算，获取对应的路由识别码；查找模块408，用于根据路由识别码查找路由关系表中对应的物理磁盘的网络地址；发送模块409，还用于将键值关系发送至网络地址对应的物理磁盘，以将键值关系中的唯一识别码写入物理磁盘的元数据区域的空位置，并将键值关系中的待写入数据写入元数据区域的空位置对应的数据区域。

因此，当前端设备对本地卷进行写入时，实质上是将待写入数据写入到多个物理磁盘的数据区域。

可选地，接收模块407，还用于获取前端设备发送的读取请求，其中读取请求是前端设备对卷或快照中的数据块进行读取操作时产生的，读取请求包括所要读取的卷或快照中的数据块对应的唯一识别码；键值关系生成模块410，还用于将唯一识别码作为键值关系中的键。第二运算模块404，用于对唯一识别码进行分布式哈希运算，获取对应的路由识别码；查找模块408，还用于根据路由识别码查找路由关系表对应的物理磁盘的网络地址；并查找网络地址对应的物理磁盘的元数据区域是否存储有唯一识别码，如果有，键值关系生成模块410用于读取存储有唯一识别码的元数据区域对应的数据区域的数据，并将数据作为键值关系中的值；如果没有，键值关系生成模块410用于将误读提醒数据作为键值关系中的值，其中误读提醒数据用于提醒前端设备本数据块在读取之前并没有写入数据；发送模块409，用于发送键值关系至前端设备。

因此，当前端设备读取本地卷或快照时，实质上是对多个物理磁盘的数据区域进行读取。

可选地，在树形结构中，卷设置在树形结构的叶子节点，快照设置在树形结构的非叶子节点。

可选地，物理磁盘的数据区域也以预定大小的数据块进行条带化。

可选地，预定大小的数据块的大小为1M。

可选地，网络地址为IP地址及端口的组合。

以下请参见图12，图12是本发明的物理磁盘的共享装置第二实施例的装置结构示意图。物理磁盘的共享装置40用于将多个物理磁盘通过网络共享给前端设备，其中每一物理磁盘均具有一网络地址，物理磁盘的共享装置40包括至少一个处理器502、至少一个网络接口503、存储器501、和至少一个通信总线504，存储器501用于存储程序指令，处理器502，用于：

执行程序指令以将待分配至前端设备的多个卷和快照组织成多个树形结构，并以包括树识别码、分支识别码以及节点识别码的三元数组来标识多个树形结构中的任意卷或快照；

执行程序指令以以预定大小的数据块对每一卷或快照进行条带化，以包括树识别码、分支识别码、节点识别码以及数据块识别码的四元数组来标识多个树形结构中的任意卷或快照中的任意数据块；

执行程序指令以对每一数据块对应的四元数组进行组合运算，获取与四元数组一一对应的唯一识别码；

执行程序指令以对唯一识别码进行分布式哈希运算，获取与数据块对应的路由识别码；

执行程序指令以路由识别码与物理磁盘的网络地址一一对应以形成路由关系表并存储。

在本实施例中，通过四元数组对卷和快照中的数据块进行标识，并根据四元数组来将每一卷和快照中的数据块与不同的物理磁盘关联，在前端设备访问同一卷和快照中的不同数据块时，实质上需要访问多个不同的物理磁盘，而不是单一的物理磁盘，故本实施例揭示的技术方案可支持并发访问，可靠性亦得到极大的提高。

以下将详细描述前端设备将卷或快照挂载到本地以及进行写入操作和读写操作的具体方式。

可选地，网络接口503，用于获取前端设备发出的卷加载请求；处理器502，用于执行程序指令以响应卷加载请求选择多个树形结构中的卷或快照；网络接口503，还用于发送所选择的卷或快照上每一数据块对应的唯一识别码至前端设备。

前端设备通过上述方式来完成将卷或快照加载到本地的动作。

可选地，网络接口503，还用于获取前端设备发送的写入请求，其中写入请求是前端设备对卷中的数据块进行写入操作时产生的，写入请求包括所要写入的卷中的数据块对应的唯一识别码以及待写入数据；处理器502，执行程序指令以将唯一识别码作为键，并将待写入数据作为值，形成键值关系。处理器502，执行程序指令以对唯一识别码进行分布式哈希运算，获取对应的路由识别码；处理器502，执行程序指令以根据路由识别码查找路由关系表中对应的物理磁盘的网络地址；网络接口503，还用于将键值关系发送至网络地址对应的物理磁盘，以将键值关系中的唯一识别码写入物理磁盘的元数据区域的空位置，并将键值关系中的待写入数据写入元数据区域的空位置对应的数据区域。

因此，当前端设备对本地卷进行写入时，实质上是将待写入数据写入到多个物理磁盘的数据区域。

可选地，网络接口503，用于获取前端设备发送的读取请求，其中读取请求是前端设备对卷或快照中的数据块进行读取操作时产生的，读取请求包括所要读取的卷或快照中的数据块对应的唯一识别码；处理器502，执行程序指令以将唯一识别码作为键值关系中的键。处理器502，执行程序指令以对唯一识别码进行分布式哈希运算，获取对应的路由识别码；处理器502，执行程序指令以根据路由识别码查找路由关系表对应的物理磁盘的网络地址；并查找网络地址对应的物理磁盘的元数据区域是否存储有唯一识别码，如果有，读取存储有唯一识别码的元数据区域对应的数据区域的数据，并将数据作为键值关系中的值；如果没有，将误读提醒数据作为键值关系中的值，其中误读提醒数据用于提醒前端设备本数据块在读取之前并没有写入数据；网络接口503，用于发送键值关系至前端设备。

因此，当前端设备读取本地卷或快照时，实质上是对多个物理磁盘的数据区域进行读取。

可选地，在树形结构中，卷设置在树形结构的叶子节点，快照设置在树形结构的非叶子节点。

可选地，物理磁盘的数据区域也以预定大小的数据块进行条带化。

可选地，预定大小的数据块的大小为1M。

可选地，网络地址为IP地址及端口的组合。

通过上述之介绍，在本发明实施例中，通过四元数组将卷和快照的每一个数据块以特定的数据结构标识，生成对应的路由识别码，并将路由识别码与物理磁盘的网络地址一一对应，从而将前端设备的卷和快照映射至多个物理磁盘，每一卷和快照均对应多个不同的物理磁盘，在访问同一卷和快照时，实质上需要访问多个不同的物理磁盘，而不是单一的物理磁盘，故可支持并发访问，可靠性亦得到极大的提高。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (20)

1.一种物理磁盘的共享方法，其特征在于，所述方法用于将多个物理磁盘通过网络共享给前端设备，其中每一所述物理磁盘均具有一网络地址，所述方法包括：

将待分配至所述前端设备的多个卷和快照组织成多个树形结构，并以包括树识别码、分支识别码以及节点识别码的三元数组来标识所述多个树形结构中的任意卷或快照；

以预定大小的数据块对每一卷或快照进行条带化，以包括所述树识别码、所述分支识别码、所述节点识别码以及数据块识别码的四元数组来标识所述多个树形结构中的任意卷或快照中的任意数据块；

对每一所述数据块对应的四元数组进行组合运算，获取与所述四元数组一一对应的唯一识别码；

对所述唯一识别码进行分布式哈希运算，获取与所述数据块对应的路由识别码，将所述路由识别码与所述物理磁盘的网络地址一一对应以形成路由关系表并存储。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取所述前端设备发出的卷加载请求；

响应所述卷加载请求选择所述多个树形结构中的卷或快照；

发送所选择的卷或快照上每一数据块对应的唯一识别码至所述前端设备。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取所述前端设备发送的写入请求，其中所述写入请求是所述前端设备对所述卷中的数据块进行写入操作时产生的，所述写入请求包括所要写入的卷中的数据块对应的唯一识别码以及待写入数据；

将所述唯一识别码作为键，并将所述待写入数据作为值，形成键值关系。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

对所述唯一识别码进行分布式哈希运算，获取对应的路由识别码；

根据所述路由识别码查找所述路由关系表中对应的物理磁盘的网络地址；

将所述键值关系发送至所述网络地址对应的物理磁盘，以将所述键值关系中的唯一识别码写入所述物理磁盘的元数据区域的空位置，并将所述键值关系中的待写入数据写入所述元数据区域的空位置对应的数据区域。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取所述前端设备发送的读取请求，其中所述读取请求是所述前端设备对所述卷或快照中的数据块进行读取操作时产生的，所述读取请求包括所要读取的卷或快照中的数据块对应的唯一识别码；

将所述唯一识别码作为键值关系中的键。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

对所述唯一识别码进行分布式哈希运算，获取对应的路由识别码；

根据所述路由识别码查找所述路由关系表对应的物理磁盘的网络地址；

查找所述网络地址对应的物理磁盘的元数据区域是否存储有所述唯一识别码，如果有，读取存储有所述唯一识别码的元数据区域对应的数据区域的数据，并将所述数据作为所述键值关系中的值；如果没有，将误读提醒数据作为所述键值关系中的值，其中所述误读提醒数据用于提醒所述前端设备本数据块在读取之前并没有写入数据；

发送所述键值关系至所述前端设备。

7.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，在所述树形结构中，所述卷设置在所述树形结构的叶子节点，所述快照设置在所述树形结构的非叶子节点。

8.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，所述物理磁盘的数据区域也以所述预定大小的数据块进行条带化。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预定大小的数据块的大小为1M。

10.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，所述网络地址为IP地址及端口的组合。

11.一种物理磁盘的共享装置，其特征在于，所述装置用于将多个物理磁盘通过网络共享给前端设备，其中每一所述物理磁盘均具有一网络地址，所述装置包括：

第一标识模块，用于将待分配至所述前端设备的多个卷和快照组织成多个树形结构，并以包括树识别码、分支识别码以及节点识别码的三元数组来标识所述多个树形结构中的任意卷或快照；

第二标识模块，用于以预定大小的数据块对每一卷或快照进行条带化，以包括所述树识别码、所述分支识别码、所述节点识别码以及数据块识别码的四元数组来标识所述多个树形结构中的任意卷或快照中的任意数据块；

第一运算模块，用于对每一所述数据块对应的四元数组进行组合运算，获取与所述四元数组一一对应的唯一识别码；

第二运算模块，用于对所述唯一识别码进行分布式哈希运算，获取与所述数据块对应的路由识别码；

存储模块，将所述路由识别码与所述物理磁盘的网络地址一一对应以形成路由关系表并存储。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

接收模块，用于获取所述前端设备发出的卷加载请求；

选择模块，用于响应所述卷加载请求选择所述多个树形结构中的卷或快照；

发送模块，用于发送所选择的卷或快照上每一数据块对应的唯一识别码至所述前端设备。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述装置还包括键值关系生成模块，其中：

所述接收模块，还用于获取所述前端设备发送的写入请求，其中所述写入请求是所述前端设备对所述卷中的数据块进行写入操作时产生的，所述写入请求包括所要写入的卷中的数据块对应的唯一识别码以及待写入数据；

所述键值关系生成模块，用于将所述唯一识别码作为键，并将所述待写入数据作为值，形成键值关系。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述装置还包括查找模块，其中：

所述第二运算模块，用于对所述唯一识别码进行分布式哈希运算，获取对应的路由识别码；

所述查找模块，用于根据所述路由识别码查找所述路由关系表中对应的物理磁盘的网络地址；

所述发送模块，还用于将所述键值关系发送至所述网络地址对应的物理磁盘，以将所述键值关系中的唯一识别码写入所述物理磁盘的元数据区域的空位置，并将所述键值关系中的待写入数据写入所述元数据区域的空位置对应的数据区域。

15.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述装置还包括键值关系生成模块，其中：

所述接收模块，用于获取所述前端设备发送的读取请求，其中所述读取请求是所述前端设备对所述卷或快照中的数据块进行读取操作时产生的，所述读取请求包括所要读取的卷或快照中的数据块对应的唯一识别码；

所述键值关系生成模块，用于将所述唯一识别码作为键值关系中的键。

16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述装置还包括查找模块，其中：

所述第二运算模块，用于对所述唯一识别码进行分布式哈希运算，获取对应的路由识别码；

所述查找模块，用于根据所述路由识别码查找所述路由关系表对应的物理磁盘的网络地址；并查找所述网络地址对应的物理磁盘的元数据区域是否存储有所述唯一识别码，如果有，所述键值关系生成模块用于读取存储有所述唯一识别码的元数据区域对应的数据区域的数据，并将所述数据作为所述键值关系中的值；如果没有，所述键值关系生成模块用于将误读提醒数据作为所述键值关系中的值，其中所述误读提醒数据用于提醒所述前端设备本数据块在读取之前并没有写入数据；

所述发送模块，用于发送所述键值关系至所述前端设备。

17.根据权利要求11至16任一项所述的装置，其特征在于，在所述树形结构中，所述卷设置在所述树形结构的叶子节点，所述快照设置在所述树形结构的非叶子节点。

18.根据权利要求11至16任一项所述的装置，其特征在于，所述物理磁盘的数据区域也以所述预定大小的数据块进行条带化。

19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述预定大小的数据块的大小为1M。

20.根据权利要求11至16任一项所述的装置，其特征在于，所述网络地址为IP地址及端口的组合。