CN107203442B - 独立磁盘冗余阵列的重建性能的评估方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例提供了一种用于评估独立磁盘冗余阵列的重建性能的方案。在一些实施例中，提供了一种由计算机实现的方法。该方法包括：利用第一独立磁盘冗余阵列组来模拟第二独立磁盘冗余阵列组的重建过程；获取经模拟的重建过程的第一性能指标；以及基于第一性能指标，标识与第二独立磁盘冗余阵列组的重建性能相关的因素。

Description

独立磁盘冗余阵列的重建性能的评估方法和设备
技术领域
本公开的实施例总体涉及数据存储，更具体地，涉及独立磁盘冗余阵列(RAID)的重建性能的评估。
背景技术
独立磁盘冗余阵列(RAID)是一种数据存储虚拟化技术，其出于数据冗余备份和/或性能改进的目的将多个物理磁盘驱动器组合成单个逻辑单元。以RAID5为例，其可以由具有分布式校验信息的块级别条带构成。当单个磁盘发生故障时，后续的读取能够通过分布式校验信息来计算，使得没有数据被丢失。同时，预备磁盘将被选择以替代故障盘，并且故障盘上的所有数据将被重建并被写入到预备磁盘上。由于在传统RAID中，RAID组(RG)将消耗掉该组内的所有磁盘空间，这将导致以下问题：(1)如果单个磁盘发生故障，则用于重建的写输入输出(IO)将针对唯一的预备磁盘，因此该预备磁盘的带宽将成为重建性能的瓶颈。(2)针对相同RG的用户IO将受到严重影响，这些用户IO的响应时间将显著增加，因为RG的IO性能受限于该RG中最慢的磁盘；并且在重建情况下，处于重建中的磁盘将限制用户IO性能。(3)由于磁盘容量逐年增加，使得上述两个问题被放大，从而对用户造成了更大的数据丢失风险。
下一代RAID技术(下文中也称为“映射RAID(mapped RAID) 技术”)可以被引入以解决上述问题。映射RAID可以由比传统RAID 更多的磁盘构成。在创建RAID条带时，可以从多个磁盘中随机选择若干磁盘区段，使得数据和校验信息被最终分布在所有磁盘中。当一个磁盘发生故障时，针对故障盘上的每个磁盘区段可以随机选择其他磁盘上的一个磁盘区段作为替代。因此，利用该技术，所有磁盘将被涉及到重建过程中。由于不存在单个预备磁盘并且多个磁盘区段的写入能够并行执行，整个重建时间将被降低。
然而，由于映射RAID的模型的复杂性，如何在具体实施前对其重建性能进行评估成为问题。此外，在于2016年2月25日提交的、申请号为201610103823.6的、标题为“用于保证映射独立磁盘冗余阵列的可靠性的方法和装置”的中国专利申请中，提到了映射RAID的重建速率以及磁盘数与其可靠性之间的关系。因此，本领域还需要解决的问题是，针对一种具体的映射RAID模型，确定其重建性能是否能够满足其可靠性的要求。
因此，本领域中需要一种更高效的用于评估RAID重建性能的方案以解决上述的问题。
发明内容
本公开的实施例旨在提供一种用于评估RAID重建性能的方案，以解决现有技术中存在的问题。
根据本公开的第一方面，提供了一种由计算机实现的方法。该方法包括利用第一独立磁盘冗余阵列组来模拟第二独立磁盘冗余阵列组的重建过程。该方法还包括获取经模拟的该重建过程的第一性能指标。该方法还包括基于第一性能指标，标识与第二独立磁盘冗余阵列组的重建性能相关的因素。
在一些实施例中，第一独立磁盘冗余阵列组包括传统独立磁盘冗余阵列组，并且第二独立磁盘冗余阵列组包括映射独立磁盘冗余阵列组。
在一些实施例中，利用第一独立磁盘冗余阵列来模拟第二独立磁盘冗余阵列的重建过程包括：禁用第一独立磁盘冗余阵列组中的一个磁盘，并且第一独立磁盘冗余阵列组的重建；经由输入输出生成器向禁用的磁盘发起读请求；以及响应于接收到所请求的数据，经由输入输出生成器向预备磁盘写入所请求的数据。
在一些实施例中，输入输出生成器包括公共输入输出生成器和私有输入输出生成器的其中一种。
在一些实施例中，输入输出生成器用于向以下的至少一项发起读请求和写请求中的至少一种请求：卷、逻辑单元号、独立磁盘冗余阵列组、以及磁盘。
在一些实施例中，利用第一独立磁盘冗余阵列来模拟第二独立磁盘冗余阵列的重建过程还包括：禁用一个或多个第一独立磁盘冗余阵列组中的一个或多个磁盘，并且禁用一个或多个第一独立磁盘冗余阵列组的重建；经由多个输入输出生成器向禁用的一个或多个磁盘并行地发起多个读请求；以及响应于接收到所请求的多个数据，经由多个输入输出生成器向一个或多个预备磁盘并行地写入所请求的多个数据。
在一些实施例中，该方法还包括：通过改变以下的至少一项来重新模拟第二独立磁盘冗余阵列组的重建过程：多个输入输出生成器的数目、以及一个或多个预备磁盘的数目。
在一些实施例中，获取经模拟的重建过程的第一性能指标包括：获取经模拟的重建过程的以下性能指标中的至少一项：重建速率、中央处理单元占用率、以及所占用的内存大小。
在一些实施例中，获取经模拟的重建过程的第一性能指标包括：获取经重新模拟的重建过程的第二性能指标。
在一些实施例中，标识与第二独立磁盘冗余阵列组的重建性能相关的因素包括：通过比较第一性能指标和第二性能指标，标识与第二独立磁盘冗余阵列组的重建性能相关的因素。
根据本公开的第二方面，提供了一种由计算机实现的设备。该设备包括至少一个处理单元；以及至少一个存储器。至少一个存储器耦合至至少一个处理单元并且在其上存储指令，指令在由所述至少一个处理单元执行时执行包括以下各项的动作：利用第一独立磁盘冗余阵列组来模拟第二独立磁盘冗余阵列组的重建过程；获取经模拟的该重建过程的第一性能指标；以及基于第一性能指标，标识与第二独立磁盘冗余阵列组的重建性能相关的因素。
在一些实施例中，第一独立磁盘冗余阵列组包括传统独立磁盘冗余阵列组，并且第二独立磁盘冗余阵列组包括映射独立磁盘冗余阵列组。
在一些实施例中，利用第一独立磁盘冗余阵列来模拟第二独立磁盘冗余阵列的重建过程包括：禁用第一独立磁盘冗余阵列组中的一个磁盘，并且第一独立磁盘冗余阵列组的重建；经由输入输出生成器向禁用的磁盘发起读请求；以及响应于接收到所请求的数据，经由输入输出生成器向预备磁盘写入所请求的数据。
在一些实施例中，输入输出生成器包括公共输入输出生成器和私有输入输出生成器的其中一种。
在一些实施例中，输入输出生成器用于向以下的至少一项发起读请求和写请求中的至少一种请求：卷、逻辑单元号、独立磁盘冗余阵列组、以及磁盘。
在一些实施例中，利用第一独立磁盘冗余阵列来模拟第二独立磁盘冗余阵列的重建过程还包括：禁用一个或多个第一独立磁盘冗余阵列组中的一个或多个磁盘，并且禁用一个或多个第一独立磁盘冗余阵列组的重建；经由多个输入输出生成器向禁用的一个或多个磁盘并行地发起多个读请求；以及响应于接收到所请求的多个数据，经由多个输入输出生成器向一个或多个预备磁盘并行地写入所请求的多个数据。
在一些实施例中，动作还包括通过改变以下的至少一项来重新模拟所述第二独立磁盘冗余阵列组的重建过程：所述多个输入输出生成器的数目、以及所述一个或多个预备磁盘的数目。
在一些实施例中，获取经模拟的重建过程的第一性能指标包括：获取经模拟的重建过程的以下性能指标中的至少一项：重建速率、中央处理单元占用率、以及所占用的内存大小。
在一些实施例中，获取经模拟的重建过程的第一性能指标包括：获取经重新模拟的重建过程的第二性能指标。
在一些实施例中，标识与第二独立磁盘冗余阵列组的重建性能相关的因素包括：通过比较第一性能指标和第二性能指标，标识与第二独立磁盘冗余阵列组的重建性能相关的因素。
根据本公开的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质具有存储在其上的计算机可读程序指令。这些计算机可读程序指令用于执行根据以上第一方面所描述的方法的步骤。
与现有技术相比，本公开的实施例能够基于传统RAID技术来模拟映射RAID的重建过程，从而能够在无须实现具体的映射RAID的情况下评估其重建性能。此外，本公开的实施例能够标识影响映射 RAID重建性能的因素，从而能够为映射RAID的具体实现提供正确方向和合理建议。
提供发明内容部分是为了简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开内容的关键特征或主要特征，也无意限制本公开内容的范围。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开的实施例的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例而非限制性的方式示出了本公开的若干实施例，其中：
图1图示了传统RAID的重建的示意图；
图2图示了传统RAID的用于重建的内部行为的示意图；
图3图示了当传统RAID处于降级(degraded)状态时针对发生故障的磁盘发起读请求的过程的示意图；
图4图示了根据本公开的实施例的用于评估RAID的重建性能的方法400的流程图；
图5图示了根据本公开的实施例的用于利用IO生成器来模拟 RAID的重建过程的方法500的流程图；
图6图示了根据本公开的实施例的利用IO生成器对传统RAID 的重建过程的模拟的示意图；
图7图示了具有一种配置的映射RAID的示意图；
图8图示了映射RAID的分布式重建的示意图；
图9图示了根据本公开的实施例的基于传统RAID对映射RAID 的重建过程的模拟的示意图；
图10图示了具有另一种配置的映射RAID的示意图；
图11图示了根据本公开的实施例的基于传统RAID对映射RAID 的重建过程的模拟的示意图；以及
图12示出了可以用来实施本公开的实施例的设备1300的示意性框图。
在各个附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本公开的各个示例性实施例。应当注意，这些附图和描述涉及的仅仅是作为示例性的实施例。应该指出的是，根据随后描述，很容易设想出此处公开的结构和方法的替换实施例，并且可以在不脱离本公开要求保护的原理的情况下使用这些替代实施例。
应当理解，给出这些示例性实施例仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本公开，而并非以任何方式限制本公开的范围。
在此使用的术语“包括”、“包含”及类似术语应该被理解为是开放性的术语，即“包括/包含但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。
在下文中，将参考附图来详细描述根据本公开的实施例的用于评估RAID的重建性能的方案。出于便于描述的目的，以下以具有4个数据块和1个校验块(4D+1P)的RAID5为例来详细地说明本公开的实施例。然而，应当理解的是，本公开的实施例的原理和方法可以应用于任何级别或布局的RAID而不仅限于以下所列举的示例，并且本公开的保护范围在此方面不受限制。
图1图示了传统RAID的重建的示意图。传统RAID由具有分布式校验信息的块级别条带构成，校验信息可以被分布在多个磁盘中。图1图示了RG 110，其是具有4个数据块和1个校验块(4D+1P)的 RAID5。如图1中的(1A)所示，RG 110使用了5个磁盘，分别为磁盘1200、磁盘1201、磁盘1202、磁盘1203和磁盘1204。此外，RG 110利用磁盘1205作为其预备磁盘。RG110的每个条带可以包括5 个块，该5个块由4个数据块(即，存储D00、D01……DN3的块) 和1个校验块(即，存储P0、P1……PN的块)构成。图1中的(1B) 示出了RG 110中的一个磁盘(例如，磁盘1202)发生故障。此时，如图1中的(1C)所示，预备磁盘(例如，磁盘1205)将会替代故障磁盘(即，磁盘1202)；并且如图1中的(1D)所示，故障磁盘(即，磁盘1202)上的所有数据将被重建并被写入到预备磁盘(即，磁盘 1205)上。
进一步地，图2图示了如图1所示的RG 110的用于重建的内部行为的示意图。用于重建的内部行为可以包括预读取、异或(XOR) 和写回三个步骤。如已经参考图1所描述的，RG 110中的磁盘1202发生故障，并且磁盘1202上的所有数据将被重建并被写入到磁盘1205(即，预备磁盘)上。例如，如图2中的(2A)所示，此时RG 110 将要重建P4之后的块。首先进行的步骤是预读取，如图2中的(2B) 所示，RG 110从4个未发生故障的磁盘中(即，磁盘1200、磁盘1201、磁盘1203和磁盘1204)分别读取相同条带中的数据D50、D51、D52 和D53；然后进行的步骤是异或，如图2中的(2C)所示，RG 110 对读取的数据执行异或操作以得到发生故障的磁盘中的相应块中存储的数据(例如，D50 XOR D51 XOR D52 XOR D53＝P5)；最后进行的步骤是写回，如图2中的(2D)所示，RG 110将异或操作的结果(例如，P5)写入预备磁盘的相应块中，以完成对该块的重建。
针对大多数传统RAID技术的实现而言，由RAID自身执行的重建可以被禁用。例如，当禁用RG 110的重建时，如果RG 110中的磁盘1202发生故障，则RG 110将不执行热备(即，预备磁盘不会替代故障磁盘)并且后续行为(例如，如图2所述的用于重建的内部行为) 不会发生。RG 110将处于降级(degraded)状态，例如，RG 110将停留在如图1中的(1B)所示的状态中。
图3图示了当RAID处于降级状态时针对发生故障的磁盘发起读请求的过程的示意图。如图3中的(3A)所示，RG 110中的磁盘1202发生故障并且RG 110的重建被禁用，因此RG110处于降级状态。此时，可以向发生故障的磁盘1202发起读请求，例如，该读请求可以是针对数据D61的读请求。由于磁盘已经1202发生故障并且RG 110处于降级状态，因此RG 110需要从其他未发生故障的磁盘中读取相同条带中的其他数据然后经由异或操作来获得发生故障的磁盘中的相应块中的数据。首先进行的步骤是预读取，如图3中的(3B)所示， RG 110从4个未发生故障的磁盘中(即，磁盘1200、磁盘1201、磁盘1203和磁盘1204)分别读取相同条带中的数据D60、P6、D62和 D63；然后进行的步骤是异或，如图3中的(3C)所示，RG 110对读取的数据执行异或操作以得到发生故障的磁盘中的相应块中存储的数据(例如，D60 XORP6 XOR D62 XOR D63＝D61)；最后RG 110 可以响应于读请求而返回异或操作的结果(即，D61)。
通过比较图2和图3可以看到，RG重建故障磁盘的过程与处于降级状态的RG处理针对发生故障的磁盘的读操作的过程类似，两者的不同之处仅在于：(1)在重建情况下，将会发生热备(即，预备磁盘将会替代故障磁盘)；(2)在重建情况下，异或操作的结果将被写回到预备磁盘；而当RG处于降级状态时，异或操作的结果仅响应于读请求而被返回(例如，返回给IO请求器)。
基于以上不同之处，本公开的实施例提出利用IO生成器来模拟 RAID的重建过程，由此获得RAID的重建性能的解决方案。IO生成器是一种工具，其通常用于针对RAID技术的许多目的，诸如RAID 性能评估、特定IO负载下的资源消耗测量等。IO生成器可以被分为公共IO生成器和私有IO生成器，公共IO生成器通常生成针对标准块设备的IO，其由RAID暴露给主机。例如，IOMeter是被广泛使用的公共IO生成器，其仅能够生成针对块设备(例如，对应于RAID 技术中的逻辑单元号(LUN)级别)的IO。私有IO生成器通常需要针对具体需求来被开发，其通常能够生成针对中间磁盘或部件的IO。在没有明确指示的情况下，本公开的实施例中的IO生成器可以是公共IO生成器和私有IO生成器的其中一种，并且可以被用于向以下的至少一项发起读请求和写请求中的至少一种请求：卷(volume)、LUN、 RG、以及磁盘。此外，IO生成器可以以软件、硬件和/或它们的组合的方式来被实施。例如，当以软件方式来实施IO生成器时，其可以被实施为应用程序、或者应用程序的进程或者线程。
图4图示了根据本公开的实施例的用于评估RAID的重建性能的方法400的流程图。如图4所示，方法400可以包括步骤S401至步骤S402。
在步骤S401，利用第一RG来模拟第二RG的重建过程。在此所述的第一RG可以是传统RG(例如，以下仍然以4D+1P的传统RAID5 作为传统RG的示例)。在此所述的第二RG可以是评估重建性能所针对的RG，其可以为传统RG(例如，4D+1P的传统RAID5)、如上所述的映射RAID组或者具有不同的其他配置的RG。
根据本公开的实施例，可以利用IO生成器来对第二RG的重建过程进行模拟。例如，图5图示了根据本公开的实施例的用于利用IO 生成器来模拟RAID的重建过程的方法500的流程图。以下将参考图 6对方法500进行详细描述，其中图6图示了根据本公开的实施例的利用IO生成器对传统RAID的重建过程的模拟的示意图。图6图示了RG 110和IO生成器610。例如，IO生成器610可以被用于执行方法500。如图5所示，方法500可以包括步骤S501至步骤S503。在步骤S501，禁用第一RG中的一个磁盘，并且禁用第一RG的重建。例如，如图6所示，RG110中的磁盘1202被禁用并且RG 110的重建被禁用，使得RG 110处于降级状态。接下来，方法500进行至步骤 S502。在步骤S502，经由IO生成器向禁用的磁盘发起读请求。例如，如图6所示，IO生成器610向RG 110中的磁盘1202发起读请求。如以上结合图3所描述的，由于RG110处于降级模式，针对RG 110 中禁用的磁盘1202的读请求将会触发RG 110从4个其他磁盘(即，磁盘1200、磁盘1201、磁盘1203和磁盘1204)中分别读取相应的数据，将来自该4个磁盘的数据进行异或以得到禁用的磁盘中的数据，以及向IO生成器610返回所得到的数据。接下来，方法500进行至步骤S503。在步骤S503，响应于接收到所请求的数据，经由IO生成器向预备磁盘写入所请求的数据。例如，如图6所示，IO生成器610 将所得到的数据写入磁盘1205中。至此，方法500结束。
返回到图4，接下来，方法400进行至步骤S402。在步骤S402，获取经模拟的重建过程的第一性能指标。根据本公开的实施例，第一性能指标可以包括以下性能指标中的至少一项：重建速率(MB/S)、中央处理单元(CPU)占用率以及所占用的内存大小等。
应当注意，在利用IO生成器对RAID的重建过程进行模拟时， RG中的校验块对于IO生成器不可见，即，IO生成器无法生成针对校验块的读请求，而实际的重建过程将使得包括校验块在内的所有空间在预备磁盘中被重建。根据本公开的实施例，可以利用数学方法来解决该问题。例如，在4D+1P的RAID5中，每个磁盘中的20％的容量为校验块。因此，在利用IO生成器对RAID5的重建过程进行模拟时，可以仅模拟针对其中占据80％的磁盘容量的数据块的重建过程，并且获得针对数据区域的重建过程的性能指标。然后，可以基于具体 RAID配置中的数据区域和校验区域的固定比值(例如，在4D+1P的 RAID5中该比值为4:1)来计算针对磁盘的所有空间的重建过程的性能指标。
接下来，方法400进行至步骤S403。在步骤S403，基于第一性能指标，标识与第二RG的重建性能相关的因素。例如，如以下将进一步详细描述的，可以通过改变模拟所使用的配置参数来获得多个性能指标，并且可以通过对多个性能指标进行比较，来标识改变哪些因素将影响RAID的重建性能。
至此，方法400结束。
如上所述，可以引入映射RAID来解决传统RAID存在的种种问题，根据本公开的实施例的用于评估RAID的重建性能的方案可以被应用于映射RAID，以在无须实现具体的映射RAID的情况下对其重建性能进行评估。
例如，图7图示了具有一种配置的映射RAID的示意图。图7图示了RG 710，其使用了m+1个磁盘，即磁盘7200、7201……720m。该m+1个磁盘被组织为多个子RG，即子RG 7301、7302……G 730n，其中每个子RG被配置为4D+1P的RAID5。当RG 710中的任何子 RG中的一个磁盘发生故障时，例如如图7所示的子RG 7302中的磁盘7207发生故障，可以针对发生故障的磁盘7207和相关联的条带进行重建，从而将子RG 7302上的条带分布式地重建到其他子RG中的任何其他磁盘上。可以将子RG 7302标记为离线，直到预备磁盘被替换到子RG 7302中，并且然后可以将子RG 7302恢复到最佳状态。例如，图8图示了RG 710的分布式重建的示意图。如图8所示，子RG 7302上的两个条带被重建到子RG 7301上，并且子RG 7302上的另外三个条带被重建到子RG 730n上。
通过参考图7和图8可以看到，针对该配置的映射RAID的重建具有如下特征：(1)并行地或者分布式的重建，即可以将相关联的条带重建到多个磁盘上，而非传统RAID的一个专门的预备磁盘上。(2) 在重建过程期间，预读取操作将针对一组磁盘或者一个子RG。例如如图7中所示，当磁盘7207发生故障时重建过程中的预读取操作将针对子RG 7302，或者针对磁盘7205、7206、7208和7209。
基于上述特征，可以基于传统RAID并且利用IO生成器来模拟如图7所示的RG 710的重建过程，并由此获得其重建的性能指标。例如，图9图示了根据本公开的实施例的基于传统RAID对如图7所示的RG 710的重建过程的模拟的示意图。基于上述的分析可以得到，对如图7所示的RG 710的重建过程的模拟需要满足以下要求：(1) 利用仅一个源RG，因为如图8所示，所有读请求将针对一个源RG；以及(2)利用多于一个预备磁盘，因为如图8所示，数据将被分布式地重建到(多个子RG中的)多个磁盘中。图9图示了RG 910，其为4D+1P的传统RAID 5，包括磁盘9301、9302……9304。RG 910作为源RG被用于模拟对如图7所示的RG 710的重建过程，并且所有读请求将针对RG 910。此外，图8还图示了4个预备磁盘9305、9306、 9307和9308以及4个IO生成器9200、9201、9202和9203。根据本公开的实施例，可以利用RG 910来对如图7所示的RG 710的重建过程进行模拟。首先，可以禁用RG 910中的磁盘(例如，磁盘9302)并且禁用RG 910的重建，以使得RG 910处于降级状态。然后，可以经由IO生成器向禁用的磁盘9302发起读请求。例如，可以利用4个IO 生成器9200、9201、9202和9203并行地向磁盘9302的25％的数据区域并行地发起读请求，以使得读IO负载与所模拟的映射RG(即，如图7所示的RG 710)大致相同。接下来，响应于接收到所请求的数据，经由IO生成器向预备磁盘写入所请求的数据。例如，可以利用 4个IO生成器9200、9201、9202和9203向4个预备磁盘9305、9306、 9307和9308并行地写入所请求的数据，以使得写IO负载与所模拟的映射RG大致相同。
通过如图9所示的对映射RAID的重建过程的模拟，可以获得经模拟的重建过程的第一性能指标。根据本公开的实施例，还可以通过改变模拟所使用的配置参数来获得多个性能指标。例如，可以改变所使用的IO生成器的数目(例如，使用8个IO生成器)和/或预备磁盘的数目(例如，使用8个预备磁盘)来重新模拟映射RAID的重建过程，以获得第二性能指标。附加地或者备选地，可以通过比较第一性能指标和第二性能指标，标识影响映射RAID的重建性能的因素。例如，在图9所示的示例中，可以经由比较得到，将IO生成器从4 个增加到8个将不会提高映射RAID的重建性能；而将预备磁盘的数目从4个增加到8个将明显提高映射RAID的重建性能。因此可以得到，写IO是影响如图7所示的映射RAID的重建性能的因素。
图10图示了具有另一种配置的映射RAID的示意图。图10图示了RG 1010，其使用了m+1个磁盘，即磁盘10200、10201……1020m。该m+1个磁盘被分割成小块，并且RAID条目被完全随机地分布在这些块中。当RG 1010中的一个磁盘发生故障时，例如如图10所示的磁盘10207发生故障，用于重建的预读取IO将被分布到几乎所有磁盘。以重建数据D42为例，需要从磁盘10202读取数据D40、从磁盘10203读取数据P4、从磁盘1020m-1读取数据D41以及从磁盘1020m-2读取数据D43。从图10可以看到，针对该配置的映射RAID的重建具有如下特征：(1)并行地或者分布式的重建，即可以将相关联的条带重建到多个磁盘上，而非传统RAID的一个专门的预备磁盘上；(2)在重建过程期间，预读取操作将针对所有磁盘。
基于上述特征，可以基于传统RAID并且利用IO生成器来模拟如图10所示的RG1010的重建过程，并由此获得其重建的性能指标。例如，图11图示了根据本公开的实施例的基于传统RAID对如图10 所示的RG 1010的重建过程的模拟的示意图。基于上述的分析可以得到，对如图10所示的RG 1010的重建过程的模拟需要满足以下要求： (1)利用多个源RG；以及(2)利用多于一个预备磁盘。图11图示了4个RG，分别为RG 1110、RG 1111……RG 1113，每个RG为4D+1P 的传统RAID 5。例如，RG 1110使用磁盘11200、11201……11204， RG 1111使用磁盘11206、11207……112010，RG 1112使用磁盘112012、 112013……112016并且RG 1113使用磁盘112018、112019……112022。 RG 1110、RG 1111……RG 1113作为源RG被用于模拟对如图10所示的RG 1010的重建过程。此外，图11还图示了4个预备磁盘11205、 112011、112017和112023，以及4个IO生成器11300、11301……11303。根据本公开的实施例，可以利用RG 1110、RG 1111……RG 1113来对如图10所示的RG 1010的重建过程进行模拟。首先，可以同时禁用RG 1110、RG 1111……RG 1113中的多个磁盘(例如，磁盘11202、 11208、112014和112020)并且同时禁用RG 1110、RG 1111……RG 1113 的重建，以使得RG 1110、RG 1111……RG 1113同时处于降级状态。然后，可以经由4个IO生成器11300、11301……11303并行地向禁用的多个磁盘(即，磁盘11202、11208、112014和112020)发起读请求。例如，可以利用4个IO生成器11300、11301……11303并行地向磁盘 11202、11208、112014和112020中的每个磁盘的25％的数据区域并行地发起读请求，以使得读IO负载与所模拟的映射RG(即，如图10 所示的RG1010)大致相同。接下来，响应于接收到所请求的多个数据，经由4个IO生成器11300、11301……11303向4个预备磁盘11205、 112011、112017和112023并行地写入所请求的多个数据。
通过如图11所示的对映射RAID的重建过程的模拟，可以获得经模拟的重建过程的第一性能指标。根据本公开的实施例，还可以通过改变模拟所使用的配置参数来获得多个性能指标。例如，可以改变所使用的IO生成器的数目(例如，使用8个IO生成器)和/或预备磁盘的数目(例如，使用8个预备磁盘)来重新模拟映射RAID的重建过程，以获得第二性能指标。附加地或者备选地，可以通过比较第一性能指标和第二性能指标，标识影响映射RAID的重建性能的因素。例如，在图11所示的示例中，可以经由比较得到，将IO生成器从4 个增加到8个可以提高映射RAID的重建性能；并且将预备磁盘的数目从4个增加到8个可以明显提高映射RAID的重建性能。因此可以得到，读IO和写IO都是影响如图10所示的映射RAID的重建性能的因素。
附加地或者备选地，可以比较通过模拟具有不同配置的映射 RAID所获得的重建性能，以确定映射RAID的具体实现方向。例如，通过比较所获得的如图7所示的RG 710的重建性能和如图10所示的 RG 1010的重建性能，得出如图10所示的RG 1010具有更好的重建性能，并且因为RG 1010的配置可以被确定为是用于映射RAID的更好的配置。
此外，在于2016年2月25日提交的、申请号为201610103823.6 的、标题为“用于保证映射独立磁盘冗余阵列的可靠性的方法和装置”的中国专利申请中，提到了映射RAID的重建速率以及磁盘数与其可靠性之间的关系。因此，在不具体实现映射RAID的情况下，基于根据本公开的实施例通过模拟映射RAID而所获得的其重建性能，可以确定该映射RAID的重建速率是否能够满足其可靠性的要求。
图12示出了可以用来实施本公开的实施例的设备1200的示意性框图。如图所示，设备1200包括中央处理单元(CPU)1201，其可以根据存储在只读存储器(ROM)1202中的计算机程序指令或者从存储单元1208加载到随机访问存储器(RAM)1203中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 1203中，还可存储设备1200操作所需的各种程序和数据。CPU 1201、ROM 1202以及RAM 1203通过总线1204彼此相连。输入/输出(I/O)接口1205也连接至总线1204。
设备1200中的多个部件连接至I/O接口1205，包括：输入单元 1206，例如键盘、鼠标等；输出单元1207，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元1208，例如磁盘、光盘等；以及通信单元1209，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元1209允许设备1200通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
上文所描述的各个过程和处理，例如方法400和方法500中的至少一个方法，可由处理单元1201执行。例如，在一些实施例中，方法400和方法500中的至少一个方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元1208。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 1202和/或通信单元1209 而被载入和/或安装到设备1200上。当计算机程序被加载到RAM 1203 并由CPU 1201执行时，可以执行上文描述的方法400和方法500中的至少一个方法的一个或多个步骤。
综上所述，本公开的实施例提供了一种用于评估独立磁盘冗余阵列的重建性能的方案。与现有技术相比，本公开的实施例能够基于传统RAID技术来模拟映射RAID的重建过程，从而能够在无须实现具体的映射RAID的情况下评估其重建性能。此外，本公开的实施例能够标识影响映射RAID重建性能的因素，从而能够为映射RAID的具体实现提供正确方向和合理建议。
本公开内容可以是方法、设备和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于执行本公开内容的各个方面的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM 或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器 (CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
用于执行本公开内容操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开内容的各个方面。
这里参照根据本公开内容实施例的方法、装置(设备)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开内容的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。
也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。
附图中的流程图和框图显示了根据本公开内容的多个实施例的方法、设备和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
以上已经描述了本公开内容的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所公开的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文公开的各实施例。

Claims (21)

1.一种由计算机实现的方法，包括：
利用第一独立磁盘冗余阵列(RAID)组来模拟第二独立磁盘冗余阵列组的重建过程，其中所述第一独立磁盘冗余阵列组和所述第二独立磁盘冗余阵列组各自分别包括多个子RAID组；
获取经模拟的所述重建过程的多个性能指标中的第一性能指标，其中在经模拟的所述重建过程期间，预读取操作针对相应独立磁盘冗余阵列组和所述多个子RAID组中的相应子RAID组中的至少一项；以及
基于所述第一性能指标，标识与所述第二独立磁盘冗余阵列组的重建性能相关的因素。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一独立磁盘冗余阵列组包括传统独立磁盘冗余阵列组，并且所述第二独立磁盘冗余阵列组包括映射独立磁盘冗余阵列组。
3.根据权利要求1所述的方法，其中利用第一独立磁盘冗余阵列来模拟所述第二独立磁盘冗余阵列的重建过程包括：
禁用所述第一独立磁盘冗余阵列组中的一个磁盘，并且禁用所述第一独立磁盘冗余阵列组的重建；
经由输入输出生成器并发地向禁用的所述磁盘发起读请求，使得读IO负载与所模拟的映射独立磁盘冗余阵列相同；以及
响应于接收到所请求的数据，经由所述输入输出生成器并发地向预备磁盘写入所请求的数据，使得写IO负载与所模拟的所述映射独立磁盘冗余阵列相同。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述输入输出生成器包括公共输入输出生成器和私有输入输出生成器的其中一种。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述输入输出生成器用于向以下的至少一项发起读请求和写请求中的至少一种请求：卷、逻辑单元号、独立磁盘冗余阵列组、以及磁盘。
6.根据权利要求1所述的方法，其中利用第一独立磁盘冗余阵列来模拟所述第二独立磁盘冗余阵列的重建过程包括：
禁用一个或多个第一独立磁盘冗余阵列组中的一个或多个磁盘，并且禁用所述一个或多个第一独立磁盘冗余阵列组的重建；
经由多个输入输出生成器向禁用的所述一个或多个磁盘并行地发起多个读请求；以及
响应于接收到所请求的多个数据，经由所述多个输入输出生成器向一个或多个预备磁盘并行地写入所请求的多个数据。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括：
通过改变以下的至少一项来重新模拟所述第二独立磁盘冗余阵列组的重建过程：所述多个输入输出生成器的数目、以及所述一个或多个预备磁盘的数目。
8.根据权利要求1所述的方法，其中获取经模拟的所述重建过程的第一性能指标包括：
获取经模拟的所述重建过程的以下性能指标中的至少一项：重建速率、中央处理单元占用率、以及所占用的内存大小。
9.根据权利要求7所述的方法，其中获取经模拟的所述重建过程的第一性能指标包括：
获取经重新模拟的所述重建过程的第二性能指标。
10.根据权利要求9所述的方法，其中标识与所述第二独立磁盘冗余阵列组的重建性能相关的因素包括：
通过比较所述第一性能指标和所述第二性能指标，标识与所述第二独立磁盘冗余阵列组的所述重建性能相关的所述因素。
11.一种由计算机实现的设备，包括：
至少一个处理单元；以及
至少一个存储器，所述至少一个存储器耦合至所述至少一个处理单元并且在其上存储指令，所述指令在由所述至少一个处理单元执行时执行包括以下各项的动作：
利用第一独立磁盘冗余阵列(RAID)组来模拟第二独立磁盘冗余阵列组的重建过程，其中所述第一独立磁盘冗余阵列组和所述第二独立磁盘冗余阵列组各自分别包括多个子RAID组；
获取经模拟的所述重建过程的多个性能指标中的第一性能指标，其中在经模拟的所述重建过程期间，预读取操作针对相应独立磁盘冗余阵列组和所述多个子RAID组中的相应子RAID组中的至少一项；以及
基于所述第一性能指标，标识与所述第二独立磁盘冗余阵列组的重建性能相关的因素。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述第一独立磁盘冗余阵列组包括传统独立磁盘冗余阵列组，并且所述第二独立磁盘冗余阵列组包括映射独立磁盘冗余阵列组。
13.根据权利要求11所述的设备，其中利用第一独立磁盘冗余阵列组来模拟第二独立磁盘冗余阵列组的重建过程包括：
禁用所述第一独立磁盘冗余阵列组中的一个磁盘，并且禁用所述第一独立磁盘冗余阵列组的重建；
经由输入输出生成器并发地向禁用的所述磁盘发起读请求，使得读IO负载与所模拟的映射独立磁盘冗余阵列相同；以及
响应于接收到所请求的数据，经由所述输入输出生成器并发地向预备磁盘写入所请求的数据，使得写IO负载与所模拟的所述映射独立磁盘冗余阵列相同。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述输入输出生成器包括公共输入输出生成器和私有输入输出生成器的其中一种。
15.根据权利要求13所述的设备，其中所述输入输出生成器用于向以下的至少一项发起读请求和写请求中的至少一种请求：卷、逻辑单元号、独立磁盘冗余阵列组、以及磁盘。
16.根据权利要求11所述的设备，其中利用第一独立磁盘冗余阵列组来模拟第二独立磁盘冗余阵列组的重建过程还包括：
禁用一个或多个第一独立磁盘冗余阵列组中的一个或多个磁盘，并且禁用所述一个或多个第一独立磁盘冗余阵列组的重建；
经由多个输入输出生成器向禁用的所述一个或多个磁盘并行地发起多个读请求；以及
响应于接收到所请求的多个数据，经由所述多个输入输出生成器向一个或多个预备磁盘并行地写入所请求的多个数据。
17.根据权利要求16所述的设备，其中所述动作还包括：
通过改变以下的至少一项来重新模拟所述第二独立磁盘冗余阵列组的重建过程：所述多个输入输出生成器的数目、以及所述一个或多个预备磁盘的数目。
18.根据权利要求11所述的设备，其中获取经模拟的所述重建过程的第一性能指标包括：
获取经模拟的所述重建过程的以下性能指标中的至少一项：重建速率、中央处理单元占用率、以及所占用的内存大小。
19.根据权利要求17所述的设备，其中获取经模拟的所述重建过程的第一性能指标包括：
获取经重新模拟的所述重建过程的第二性能指标。
20.根据权利要求19所述的设备，其中基于所述第一性能指标，标识与所述第二独立磁盘冗余阵列组的重建性能相关的因素包括：
通过比较所述第一性能指标和所述第二性能指标，标识与所述第二独立磁盘冗余阵列组的所述重建性能相关的所述因素。
21.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质具有存储在其上的计算机可读程序指令，所述计算机可读程序指令用于执行根据权利要求1到10中任一项所述的方法的步骤。
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