CN105138468B - 一种提高虚拟磁盘组重构性能的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高虚拟磁盘组重构性能的装置，该装置包括：重构虚拟磁盘组VDG选择模块，用于在当前未超过系统支持的同时参与重构的VDG个数时，选择一个需要重构的VDG；在该选择的需重构的VDG中的各VD所在的PD已有VD在参与重构时，不对该VDG进行重构；在该选择的需重构的VDG中的各VD所在的PD尚不存在VD在参与重构时，将该VDG加入重构队列；VDG重构模块，用于对重构队列中的VDG进行重构。本发明方案在提高重构性能的基础上，还减少了内存消耗以及对业务的影响。

Description

一种提高虚拟磁盘组重构性能的方法和装置

技术领域

本发明涉及存储技术领域，尤其涉及一种提高虚拟磁盘组重构性能的方法和装置。

背景技术

块虚拟化技术，其基本思想就是将指定数量的大容量硬盘(我们称这组硬盘为组成存储池的磁盘)按照固定的容量切割成多个分块(VD,virtual disk,虚拟磁盘)，由多个VD按照相应的RAID策略组建VDG；上层资源建立在这些VDG上。基于块虚拟化技术的存储系统能够做到在一块磁盘故障后，存储池中的所有磁盘都并发参与重构，从而减少重构时间。

对于传统冗余阵列，一块磁盘部分区域失效，需要对整块磁盘进行重构，未失效的区域通过拷贝的方式拷贝到重构盘上，已失效的部分通过重构的方式重构到重构盘；对于整块磁盘失效的情况，需要通过其它在位磁盘重构整块失效的磁盘数据。随着磁盘厂家提供的磁盘容量越来越大，而磁盘的速率并未同步提升的情况下，导致重构一块磁盘的时间越来越长。这样必然会增加阵列失效的风险，因此块虚拟化存储池的概念被提了出来。

块虚拟化存储池，是将一组磁盘组成一个存储池，每块磁盘按照相同大小的块(VD)进行分割。创建上层资源时，采用伪随机算法及均衡算法从存储池中的每个磁盘上选取VD，形成VDG。上层资源由多个VDG组成，当一块磁盘失效时，所有的磁盘都会参与到重构的过程中。如何提高重构的性能而且又不能影响业务，是必须要考虑的问题。

现有方案中，按照VDG在存储池中的排序，选取多个跟失效磁盘相关的VDG参与重构；那么从均衡的角度来看，每个磁盘上都会有多个VD参与重构；这样做的目的可以保证重构时，每一个磁盘都处于忙碌状态，完全充分的参与到重构工作中来。但是，在实际中，效果并不一定很理想。一个实测的例子，34块磁盘(SATA)组成的磁盘池为例，拔掉一块磁盘后，其它磁盘上多个VD参与重构，通过实测可以获知总的重构写带宽约为500M；500M左右的写带宽并不是一个理想的数据。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种提高虚拟磁盘组重构性能的装置和方法。

该装置包括：重构虚拟磁盘组VDG选择模块，用于在当前未超过系统支持的同时参与重构的VDG个数时，选择一个需要重构的VDG；在该选择的需重构的VDG中的各VD所在的PD已有VD在参与重构时，不对该VDG进行重构；在该选择的需重构的VDG中的各VD所在的PD尚不存在VD在参与重构时，将该VDG加入重构队列；VDG重构模块，用于对重构队列中的VDG进行重构。

优选地，所述重构VDG选择模块从VDG bitmap中选择一个需要重构的VDG，在从该VDG bitmap中选择需要一个重构的VDG时，从该VDG bitmap的第一个VDG开始判断该VDG中的各VD所在的PD是否已有VD在参与重构，或者从该VDG bitmap当前完成重构的VDG后的第一个VDG开始判断该VDG中的各VD所在的PD是否已有VD在参与重构。

优选地，重构VDG选择模块判断选择的VDG中的各VD所在的PD是否已有VD在参与重构包括：判断各VD所在的PD上的重构计数是否均为0，如果是，则各VD所在的PD上均没有VD在参与重构；否则，各VD所在的PD上存在VD在参与重构；所述PD上的重构计数为该PD上有VD在参与重构时设置的计数值。

该提高虚拟磁盘组重构性能的方法包括：

步骤A、判断当前是否超过系统支持的同时参与重构的VDG个数，如果是，则退出流程；否则，转步骤B；

步骤B、选取下一个需要重构的VDG，转步骤C；

步骤C、判断该选取的需重构的VDG中的各VD所在的PD是否已有VD在进行重构，如果是，返回步骤B；否则，转步骤D；

步骤D、将该VDG加入重构队列进行重构。

优选地，选取下一个需要重构的VDG包括：从VDG bitmap的第一个VDG开始选取或者从VDG bitmap当前完成重构的VDG后的第一个VDG开始选取。

优选地，判断该选取的需重构的VDG中的各VD所在的PD是否已有VD在进行重构包括：判断各VD所在的PD上的重构计数是否均为0，如果是表明各VD所在的PD上均没有VD在参与重构；否则表明各VD所在的PD上存在VD在参与重构；所述PD上的重构计数为该PD上有VD在参与重构时设置的计数值。

相较于现有技术，本发明方案在提高重构性能的基础上，还减少了内存消耗以及对业务的影响。

附图说明

图1是一种块虚拟化存储池图。

图2是组成上层资源的各VDG图。

图3为一种热备VD选取方式图。

图4是本发明装置逻辑结构图。

图5是本发明装置所在设备的通用硬件架构图。

图6是本发明一种重构VDG选取流程图。

图7是本发明一种VDG重构流程图。

具体实施方式

针对背景技术中的问题，发明人经过仔细分析，发现造成这种情况的主要原因在于：1)同一个磁盘上多个VD参与重构，磁盘寻址所消耗的时间是非常大的，导致重构的性能会降低，而且每个磁盘上多个VD参与重构，对内存的瞬间占有也比较大，这样就会造成对大容量内存的需求；2)由于创建上层资源时，采用均衡算法，每块物理磁盘上所占用的VD数量都保持在一个均衡状态，如果一块磁盘的读写速度相对比较慢，再叠加多个VD在重构，会造成该磁盘的性能更慢，从而影响整体的重构时间。

请参图1，存储池由一组磁盘组成，每个磁盘按照相同大小的块(VD)进行切片。创建上层资源时，首先创建VDG，每一个VDG由位于不同PD(磁盘，即物理磁盘)上的VD按照一定的RAID策略组成，每一组资源由多个VDG组成。假设创建的上层资源由VDG1～VDG16组成，请参图2。当物理磁盘8损坏时，与磁盘8相关的VDG包括VDG1、VDG4、VDG5、VDG9、VDG14、和VDG16。所以需要选取热备VD，对这些VDG进行重构。

热备选取VD策略：选取热备VD不能与VDG中的VD处于同一个PD中，而且要遵守均衡策略，即每块磁盘的利用率保持一致。选取热备VD的一种可能如图3所示，即VDG1选取PD2中的VD，VDG4选取PD4中的VD，VDG5选取PD1中的VD，VDG9选取PD7中的VD，VDG14选取PD3中的VD，VDG16选取PD1中的VD。以16个VDG为例，若这些VDG同时参与重构，即：

PD0上有4个VD读；

PD1上有3个VD读，2个VD写；

PD2上有1个VD读，1个VD写；

PD3上有2个VD读，1个VD写；

PD4上有2个VD读，1个VD写；

PD5上有2个VD读，0个VD写；

PD6上有3个VD读，0个VD写；

PD7上有1个VD读，1个VD写。

这样，PD1上的压力就会比较大，因为写的VD与读的VD可能跨度比较大(取决于创建的资源大小)，导致寻址时间比较长，而且同时下发很多重构命令，导致瞬间申请的内存比较大，无法及时释放内存；于此同时对磁盘造成的压力也很大，对业务会有影响。

针对以上原因造成的重构性能低、重构时间长的问题，本发明提供一种提高重构性能的方案。该方案在提高重构性能的基础上，还减少了内存消耗以及对业务的影响。以下通过具体实施例详细说明。

请参图4给出的一种提供重构性能的装置，该装置包括：重构VDG选取模块、重构模块。这两个模块是逻辑意义上的模块，可以由软件来实现。该提高重构性能的装置应用于存储设备中，而该存储设备通常具有图5所示的硬件架构。重构VDG选取模块、重构模块具体如何工作的，请参图6、图7。

重构VDG选取模块按照图6所示的重构选取流程进行重构VDG的选取。

S61、判断当前是否超过系统支持的同时参与重构的VDG个数，如果是，则退出流程；否则，转步骤S62；

S62、选取下一个需要重构的VDG；

S63、判断该选取的需重构的VDG中的各VD所在的PD是否已有VD在进行重构，如果是，返回步骤S62；否则，转步骤S64；

S64、将该VDG加入重构队列进行重构。

系统支持的同时参与重构的VDG的个数A可以根据以下公式进行计算：A＝B/(N+M)，其中B为存储池中磁盘的个数，N为数据VD的个数，M为冗余VD的个数；比如说，RAID5:7+1，表示7个数据VD(N＝7)，1个冗余VD(M＝1)，即同时允许1个VD离线而不影响数据的完整性。这种计算方法，可以尽量保证每个PD上至少都有一个VD在参与重构。但是，如果存储池中磁盘个数足够多时，根据上述公式，同时参与重构的VDG个数也会增多，这样对内存的要求会变高。如果当前内存达不到要求时，将会影响重构。具体内存支持多少个VDG同时参与重构可以通过实测的方式获知。所以系统在设置同时参与重构的VDG个数A时，需要结合上述公式以及内存同时考虑。该个数A是同时参与重构的VDG个数的上限。

通常，需要重构的VDG可以从VDG bitmap(位图)中选取。VDG bitmap中记录哪些VDG需要重构，需要重构的VDG对应的位需置1，这样在查询VDG bitmap时，通过轮询方式获取标记位1对应的VDG进行重构。在从VDG bitmap中选取的时候，有两种选择下一个VDG重构的方法：1)从第一个VDG开始判断，直到遇到合适的VDG，最多循环一圈；2)从结束的VDG后第一个VDG开始查询，最多循环一圈。

选择需要重构的VDG后，判断该VDG中的各VD所在的磁盘是否已经有VD在进行重构。一个PD由很多VD组成，而VDG是由来自不同PD上的VD组成；如果一个VDG正在参与重构，对应的PD上会设置重构计数；根据步骤S63，该PD上的其它VD对应的VDG是不允许参与重构的；只有该PD上的重构计数为0，该PD上的VD才允许参与重构，与该PD上的VD对应的VDG才有可能参与重构(因为一个VDG是否允许重构需要考虑该VDG中的所有VD所在的PD情况)。只有该需要重构的VDG中的所有VD所在的磁盘均没有其他VD在参与重构，才能将该需要重构的VDG加入到重构队列中。

重构模块按照图7所示的重构处理流程执行重构处理。

S71、判断重构队列是否为空，如果是，退出本流程；否则，执行步骤S72；

S72、从队列中选取下一个VDG进行重构；

S73、申请该VDG的重构内存；

S74、下发重构命令；返回步骤S71。

在申请VDG重构内存时，按照多条带来申请。如果VDG比较大，对应的条带比较多，可以将挂在重构队列中的VDG，每个VDG轮流下发多个条带，这样从宏观上可以保证这些VDG的并发。当一个VDG重构完成后，该VDG会被从重构队列中去除，重构VDG选择模块将会选择下一个需要重构的VDG加入重构队列。

本发明技术方案中，确保了每个物理磁盘上同时只有一个VD参与重构，这样在处理这个VD重构时，可以保证其顺序性。因为一个PD上只有一个VD在参与重构，那么磁盘磁头就不会来回寻址，可以保证磁盘读写顺序性；在有业务的情况下，可以减少随机，即减少对业务的影响。由于同时每个PD上只有一个VD参与重构，那么瞬间申请的内存不超过MEM_CHUNK_SIZE*N*PD_NUM(其中：MEM_CHUNK_SIZE为条带中条块的大小；N为同时支持多少个条带下发(目的是为了合并，减少磁盘IO的数量)；PD_NUM为存储池中磁盘的个数)，从该公式可以看出，重构时申请的内存将比现有方式少。在和背景技术实测例子相同的条件下，即相同的RAID策略，相同的磁盘个数等，应用本发明技术方案后，实际测试得到总的重构写带宽约为800M，性能有明显的提升。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种提高虚拟磁盘组重构性能的装置，其特征在于，该装置包括：

重构虚拟磁盘组VDG选择模块，用于在当前未超过系统支持的同时参与重构的VDG个数时，选择一个需要重构的VDG；在该选择的需重构的VDG中的各虚拟磁盘VD所在的物理磁盘PD已有VD在参与重构时，不对该VDG进行重构；在该选择的需重构的VDG中的各VD所在的PD尚不存在VD在参与重构时，将该VDG加入重构队列；

VDG重构模块，用于对重构队列中的VDG进行重构。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述重构VDG选择模块从VDG bitmap中选择一个需要重构的VDG，在从该VDG bitmap中选择需要一个重构的VDG时，从该VDG bitmap的第一个VDG开始判断该VDG中的各VD所在的PD是否已有VD在参与重构，或者从该VDG bitmap当前完成重构的VDG后的第一个VDG开始判断该VDG中的各VD所在的PD是否已有VD在参与重构。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，重构VDG选择模块判断选择的VDG中的各VD所在的PD是否已有VD在参与重构包括：判断各VD所在的PD上的重构计数是否均为0，如果是，则各VD所在的PD上均没有VD在参与重构；否则，各VD所在的PD上存在VD在参与重构；所述PD上的重构计数为该PD上有VD在参与重构时设置的计数值。

4.一种提高虚拟磁盘组重构性能的方法，该方法包括：

步骤A、判断当前是否超过系统支持的同时参与重构的VDG个数，如果是，则退出流程；否则，转步骤B；

步骤B、选取下一个需要重构的VDG，转步骤C；

步骤C、判断该选取的需重构的VDG中的各虚拟磁盘VD所在的物理磁盘PD是否已有VD在进行重构，如果是，返回步骤B；否则，转步骤D；

步骤D、将该VDG加入重构队列进行重构。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，选取下一个需要重构的VDG包括：从VDGbitmap的第一个VDG开始选取或者从VDG bitmap当前完成重构的VDG后的第一个VDG开始选取。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，判断该选取的需重构的VDG中的各VD所在的PD是否已有VD在进行重构包括：判断各VD所在的PD上的重构计数是否均为0，如果是表明各VD所在的PD上均没有VD在参与重构；否则表明各VD所在的PD上存在VD在参与重构；所述PD上的重构计数为该PD上有VD在参与重构时设置的计数值。