CN107526531A - 为映射独立盘冗余阵列(raid)选择raid级别的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例公开了一种为映射独立盘冗余阵列(RAID)选择RAID级别的方法和设备。该方法包括：针对给定的RAID级别，基于映射RAID中的盘的数目和非映射RAID中的盘的数目，确定映射RAID与非映射RAID之间的重建速度的期望比率。该方法还包括基于映射RAID中的盘的数目，确定映射RAID与非映射RAID之间的重建速度的实际比率。此外，该方法还包括响应于实际比率在期望比率之上，为映射RAID选择给定的RAID级别。本公开的实施例通过比较映射RAID与非映射RAID之间的重建速度的期望比率和实际比率，能够有效地评估映射RAID的可靠性，从而能够从可靠性角度为映射RAID选择合适的RAID级别。

Description

为映射独立盘冗余阵列(RAID)选择RAID级别的方法和设备
技术领域
本公开的实施例总体上涉及存储技术领域，并且更具体地涉及为映射RAID选择RAID级别的方法和设备。
背景技术
独立盘冗余阵列(RAID)是一种数据备份技术，其能够把多块独立的物理盘按不同的方式组合起来形成一个盘的阵列(即，逻辑盘)，从而提供比单个盘更高的存储性能和更高的可靠性能。为了在RAID中的某个盘发生故障时对数据进行恢复，RAID中通常设置一个奇偶校验信息块(例如RAID 1、RAID 3或RAID 5等)或多个奇偶校验信息块(例如RAID 6)。
以RAID 5为例，如果RAID中的某个盘发生故障，一个新的盘被添加到RAID中。然后，RAID能够通过分布式校验信息计算出故障盘中的数据，并在新的盘中对数据进行重建以恢复数据。然而，在故障盘的重建过程中，如果第二个盘再发生故障，则会造成RAID中数据的丢失，使得RAID的可靠性降低。
发明内容
本公开的实施例提供了一种为映射RAID选择RAID级别的方法和电子设备。本公开的实施例通过比较映射RAID与非映射RAID之间的重建速度的期望比率和实际比率，能够有效地评估映射RAID的可靠性，从而能够从可靠性角度为映射RAID选择合适的RAID级别。
根据本公开的一个方面，提供了一种为RAID选择RAID级别的方法。该方法包括：针对给定的RAID级别，基于映射RAID中的盘的数目和非映射RAID中的盘的数目，确定映射RAID与非映射RAID之间的重建速度的期望比率。该方法还包括基于映射RAID中的盘的数目，确定映射RAID与非映射RAID之间的重建速度的实际比率。此外，该方法还包括响应于实际比率在期望比率之上，为映射RAID选择给定的RAID级别。
根据本公开的另一方面，提供了一种电子设备。该电子设备包括处理单元，该处理单元被配置为：针对给定的RAID级别，基于映射RAID中的盘的数目和非映射RAID中的盘的数目，确定映射RAID与非映射RAID之间的重建速度的期望比率。该处理单元还被配置为：基于映射RAID中的盘的数目，确定映射RAID与非映射RAID之间的重建速度的实际比率；以及响应于实际比率在期望比率之上，为映射RAID选择给定的RAID级别。
根据本公开的又一方面，提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品被有形地存储在非瞬态计算机可读介质上并且包括机器可执行指令，所述机器可执行指令在被执行时使机器执行本公开的实施例的方法中的步骤。
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的关键特征或主要特征，也无意限制本公开的各个实施例的范围。
附图说明
通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本公开的实施例的映射RAID的示例性布局100的示意图；
图2示出了根据本公开的实施例的在重建故障盘之后的映射RAID的示例性布局200的示意图；
图3示出了根据本公开的实施例的为RAID选择RAID级别的方法300的流程图；
图4示出了根据本公开的实施例用于确定映射RAID的可靠性的方法400的流程图；
图5示出了根据本公开的实施例的具有一个奇偶校验信息块的RAID的重建过程的时间轴的示意图；
图6示出了根据本公开的实施例的具有两个奇偶校验信息块的RAID的重建过程的时间轴的示意图；
图7示出了根据本公开的实施例的具有三个奇偶校验信息块的RAID的重建过程的时间轴的示意图；
图8示出了根据本公开的实施例的针对不同RAID级别的映射RAID与非映射RAID之间的重建速度的期望比率的示例图示；以及
图9示出了一个可以用来实施本公开的实施例的设备900的示意性框图。
具体实施例
下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
在本公开的实施例中，术语“映射RAID(mapped RAID)”表示能够使用RAID中的多个盘来并行重建故障盘的RAID，“非映射RAID”表示使用单个盘来重建故障盘的传统RAID。在本公开的实施例中，术语“盘(disk)”表示持久保存数据的非易失性存储器。盘的示例包括但不限于硬盘驱动器(HDD)、光盘驱动器以及固态盘(SSD)，等等。
以RAID 5为例，在传统的非映射RAID中，RAID 5例如可以包括5个盘。RAID 5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盘中，每个条带可以包括5个块，即4个数据块和1个奇偶校验信息块(即“4D+1P”)，当RAID中的一个盘发生故障时，后续的读取能够通过分布式校验信息来计算，使得数据能够被恢复并且不会被丢失。同时，热空闲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热空闲盘上。然而，仅仅一个热空闲盘参与RAID的重建，RAID的重建时间受制于热空闲盘的写带宽，因而在传统的非映射RAID中，故障盘的重建时间通常较长。
图1示出了根据本公开的实施例的映射RAID的示例性布局100的示意图，其图示了在N个盘上使用“4D+1P”的RAID 5的示例，其中N大于5。映射RAID可以由比传统RAID更多的盘构成，并且每个盘可以被视为是连续的、非重叠的、固定大小的区段(又称“盘区段”)的集合。如图1所示，映射RAID包括N个盘，分别被表示为盘D0、D1、D2、D3…D(N-1)。在图1所示出的映射RAID中，区段A1、A2、A3、A4和A5组成一个条带，以用于保存数据，其中A1-A4可以为数据块，而A5可以为奇偶校验信息块。此外，区段B1、B2、B3、B4和B5组成另一个条带，区段C1、C2、C3、C4和C5组成又一个条带。
如图1所示，如果需要创建RAID条带，则可以随机地从5个不同的盘选择5个区段。因此，数据和校验信息将最终被分布到所有盘中的消耗的区段(在图1中以图案102示出)中。此外，还可以在每个盘上预留一些区段作为热空闲区段(在图1中以图案104示出)，而不是像传统RAID 5那样预留整个盘来作为热空闲盘。当一个盘发生故障时，针对故障盘上的每个区段可以随机选择其他盘上的一个区段作为替代。
图2示出了根据本公开的实施例的在重建故障盘之后的映射RAID的示例性布局200的示意图。如图2所示，当盘D4发生故障时，针对盘D4上的每个消耗的区段(在图2中以102示出，例如区段A4和C3)可以随机选择其他盘上的一个热空闲区段(在图2中以104示出)作为替代。例如，区段A4被重建并被写入到盘D3中的一个空闲的区段中，而区段C3被重建并被写入到盘D(N-1)的中一个空闲的区段中。对于区段选择的限制在于需要始终保证每个RAID条带跨越5个不同盘。因此，利用映射RAID技术，RAID中多个甚至所有盘将可能被应用于故障盘的重建过程中。此外，由于不存在单个热空闲盘并且多个区段的重建和写入能够并行执行，因而RAID的重建速度将被大幅度增高。
通常，映射RAID中的盘数越多，RAID的重建速度越快。然而，RAID中盘数的增多会导致整个RAID的故障率增加，因此，通过增加盘数来将传统RAID扩展为映射RAID可能影响其可靠性。在映射RAID中，每个条带由多个盘中的区段随机地组成，现有技术中不存在用于评价映射RAID的可靠性的技术或模型。因此，映射RAID的可靠性无法被评价，导致无法准确地为映射RAID选择适当的RAID级别。
为了解决上述以及其他潜在的问题，本公开的实施例提出了一种为RAID选择RAID级别的方法和电子设备。本公开的实施例通过比较映射RAID与非映射RAID之间的重建速度的期望比率和实际比率，能够有效地评价映射RAID的可靠性，从而能够从可靠性角度为映射RAID选择合适的RAID级别。此外，本公开的实施例能够针对不同RAID级别分别确定映射RAID和非映射RAID的数据丢失率。此外，本公开的实施例还能够针对各种RAID级别，在保证映射RAID的可靠性的情况下，确定映射RAID中的适合的盘数。
图3示出了根据本公开的实施例的为RAID选择RAID级别的方法300的流程图。如图3所示，在步骤302，针对给定的RAID级别，基于映射RAID中的盘的数目和非映射RAID中的盘的数目，确定映射RAID与非映射RAID之间的重建速度的期望比率。例如，针对具有四个数据块和一个奇偶校验信息块(“4D+1P”)的RAID 5，确定用于保证映射RAID的可靠性的情况下映射RAID与非映射RAID之间的重建速度的期望比率。
在步骤304，基于映射RAID中的盘的数目，确定映射RAID与非映射RAID之间的重建速度的实际比率。通常，非映射RAID的重建速度取决于用于替换故障盘的热空闲盘的写带宽，而映射RAID的重建速度取决于参与并行重建故障盘的盘或线程的数目。也就是说，参与重建故障盘的盘数越多，映射RAID的重建速度越快。因此，如果映射RAID中的总盘数越多，重建速度相应地也会越快。
在步骤306，确定实际比率是否在期望比率之上。如果实际比率在期望比率之上，则在步骤308，为映射RAID选择给定的RAID级别。例如，将实际比率和期望比率进行比较，如果实际比率大于期望比率，则说明映射RAID的可靠性高于非映射RAID的可靠性，因而可以在该映射RAID中选择给定的RAID级别。
在一些实施例中，可以针对多个RAID级别中的每个RAID，分别执行上述方法300，以便确定多个RAID级别在该映射RAID中的可用性。以此方式，可以为映射RAID选择多个RAID级别。在一些实施例中，RAID级别选自具有一个奇偶校验信息块的RAID级别(诸如RAID1、RAID 3、RAID5，等等)、具有两个奇偶校验信息块的RAID级别(诸如RAID6)、以及具有三个奇偶校验信息块的RAID级别。
根据本公开的实施例的方法300，通过比较映射RAID与非映射RAID之间的重建速度的期望比率和实际比率，能够有效地评估映射RAID的可靠性，从而能够从可靠性角度为映射RAID选择合适的RAID级别。
此外，根据本公开的实施例的方法300，能够确定具有多个奇偶校验信息块的RAID级别的映射RAID的实际比率在期望比率较高(即，映射RAID的可靠性较高)。因此，在映射RAID中适合选择具有多个奇偶校验信息块的RAID级别，例如具有两个奇偶校验信息块的RAID级别(诸如，RAID 6)或者具有三个奇偶校验信息块的RAID级别，等等。
图4示出了根据本公开的实施例用于确定映射RAID的可靠性的方法400的流程图。图4中的步骤402-406可以为图3中步骤302的子步骤，图4中的步骤408-412可以为图3中步骤304的子步骤，以及图4中的步骤414-418可以为图3中步骤306的子步骤。在步骤402，确定非映射RAID的数据丢失率(称为“第一数据丢失率”)。第一数据丢失率可以通过各种方式确定。例如，在一些实施例中，设P为单个盘在预定时间点处发生故障的概率，并且设P(N)为在预定时间点处RAID中的单个盘发生故障的概率，其中RAID包括N个盘。因此，可以得出以下公式(1)：
P(1)＝P；
P(2)＝2·P(1-P)＝2P–2P2；
P(3)＝3·P(1-P)(1-P)＝3P–6P2+3P3；
……
P(N)＝N·P·(1-P)N-1 (1)
考虑到针对单个盘的平均无故障时间(MTTF)可以长达5年，因此P的值非常小。因此，上述等式可以被近似地省略其中的高阶项，从而得出公式(2)：
P(1)＝P；
P(2)≈2P；
P(3)≈3P；
……
P(N)≈NP (2)
由此可见，在包括N个盘的RAID中，在预定时间点单个盘发生故障的概率与RAID中的盘数成比例，例如近似成正比。
接下来，可以确定预定时间段内的单个盘发生故障的概率与该预定时间段的长度之间的关系。例如，在一个实施例中，可以由用户指定该关系。假设盘故障概率随时间的变化遵循分布函数F(t)并且MTTF大约为5年。考虑到预定时间段通常仅为一天或几天的数量级，因此在该预定时间段中的分布函数曲线可以被近似地拟合为直线，即在该预定时间段内F(t)≈p0。由此，可以将时间段T1和T2内的单个盘故障概率记为P(T1)和P(T2)，并且T1和T2均从相同时间点S开始，因此，可以得出以下公式(3)：
P(T1)/P(T2)＝(p0·T1)/(p0·T2)＝T1/T2 (3)
因此，可以得出预定时间段内的单个盘故障概率与该预定时间段的长度成比例，例如近似成正比。
备选地或附加地，在一些实施例中，还可以通过计算来确定预定时间段内的单个盘发生故障的概率与该预定时间段的长度之间的关系。通常认为盘发生故障的概率随时间的变化遵循指数分布，并且假设概率密度函数为以下公式(4)：
PDF(t)＝λe-λt (4)
由此，可以得出连续密度函数为以下公式(5)：
其中λ表示速率参数，t表示时间。因此，可以获得在时间段T、2T……nT中的单个盘发生故障的概率为以下公式(6)：
P(T)＝CDF(S+T)–CDF(S)＝1-e-λ(S+T)-(1-e-λS)＝e-λS-e-λ(S+T)；
P(2T)＝CDF(S+2T)–CDF(S)＝1-e-λ(S+2T)-(1-e-λS)＝e-λS-e-λ(S+2T)；
P(3T)＝CDF(S+3T)–CDF(S)＝1-e-λ(S+3T)-(1-e-λS)＝e-λS-e-λ(S+3T)；
……
P(nT)＝CDF(S+nT)–CDF(S)＝1-e-λ(S+nT)-(1-e-λS)＝e-λS-e-λ(S+nT) (6)
然后，通过将P(T)与P(2T)、P(3T)……P(nT)分别相比并且令y＝e-λt可以得到以下公式(7)：
将会理解，当MTTF为例如5年并且时间以小时为单位时，λ＝1/(5×365×24)≈2.28e-5，λ的值相当小，因而y＝e-λt≈1。因此可以得出以下公式(8)：
以此方式，同样可以得出预定时间段内的单个盘发生故障的概率与该预定时间段的长度成比例，例如近似成正比。
图5示出了根据本公开的实施例的具有一个奇偶校验信息块的RAID的重建过程的时间轴的示意图。针对具有一个奇偶校验信息块的RAID级别(诸如，RAID 1、RAID 3、RAID5，等等)的非映射RAID，由于仅存在一个冗余盘，因此在RAID重建过程中，如果另一个盘也发生故障，则RAID中的数据将会丢失。如图5所示，在时间点510处，RAID中的一个盘发生故障，然后RAID开始重建故障盘，并且在时间点520处，故障盘重建完成。也就是说，在时间点510至时间点520期间，如果有另一个盘发生故障，RAID中会发生数据丢失。
在一些实施例中，根据以上公式(2)，在时间点510处一个盘发生故障的概率为M*P，其中M表示非映射RAID中的盘数，P表示单个盘在预定时间点处发生故障的概率。设非映射RAID中单个盘的重建时间为T，设每个盘在时间段T内发生故障的概率为P(T)，根据以上公式(2)，由于仅剩M-1个非故障盘，则在重建故障盘的时间段T之间，另一个盘发生故障的概率为(M-1)*P(T)。因此，针对具有一个奇偶校验信息块的RAID级别，可以确定非映射RAID的数据丢失率为以下公式(9)：
P11＝M*P*(M-1)*P(T)＝M*(M-1)*P*P(T) (9)
图6示出了根据本公开的实施例的具有两个奇偶校验信息块的RAID的重建过程的时间轴的示意图。针对具有两个奇偶校验信息块的RAID级别(诸如，RAID 6)的非映射RAID，由于仅存在两个冗余盘，因此在RAID中两个故障盘同时重建过程中，如果第三个盘也发生故障，则数据将会丢失。
如图6所示，在时间点610处，RAID中的第一个盘发生故障，然后RAID开始重建第一个故障盘。在时间点620处，第二个盘又发生故障，然后RAID开始重建第二个故障盘。在时间点630处，第一个盘重建完成，并且在时间点640处，第二个盘重建完成。因此，当两个盘都在重建过程中，如果第三个盘发生故障，则非映射RAID中会发生数据丢失。也就是说，在时间点620至时间点630期间，如果有第三个盘发生故障，非映射RAID中会发生数据丢失。
在一些实施例中，根据以上公式(2)，在时间点610处一个盘发生故障的概率为M*P，其中M表示非映射RAID中的盘数，P表示单个盘在预定时间点发生故障的概率。设非映射RAID中单个盘的重建时间为T，设每个盘在时间段T内发生故障的概率为P(T)，根据以上公式(2)，由于仅剩M-1个非故障盘，则在重建故障盘的时间段T之间，第二个盘发生故障的概率为(M-1)*P(T)。
然后，在第一个盘和第二个盘同时创建的过程中，如果在第一个盘重建完成之前、并且在第二个盘开始重建之后的情况下第三个盘发生故障，则非映射RAID中的数据将会丢失。假设盘发生故障的概率服从均匀分布，则时间点620的期望时间点在时间段610后的T/2时间段处，即时间点610与时间点620之间的时间长度为T/2，则由于仅剩M-2个非故障盘，因而第三个盘发生故障的概率为(M-2)*P(T/2)。因此，针对具有两个奇偶校验信息块的RAID级别，可以确定非映射RAID的数据丢失率为以下公式(10)：
图7示出了根据本公开的实施例的具有三个奇偶校验信息块的RAID的重建过程的时间轴的示意图。针对具有三个奇偶校验信息块的RAID级别的非映射RAID，由于仅存在三个冗余盘，因此在RAID中三个故障盘同时重建过程中，如果第四个盘也发生故障，则数据将会丢失。
如图7所示，在时间点710处，RAID中的第一个盘发生故障，然后RAID开始重建第一个故障盘。在时间点720处，第二个盘发生故障，然后RAID开始重建第二个故障盘。在时间点730处，第三个盘又发生故障，然后RAID开始重建第三个故障盘。在时间点740处，第一个盘重建完成，在时间点750处，第二个盘重建完成，并且在时间点760处，第三个盘重建完成。因此，当三个盘都在重建过程中，如果第四个盘发生故障，则非映射RAID中会发生数据丢失。也就是说，在时间点730至时间点740期间，如果有第四个盘发生故障，非映射RAID中会发生数据丢失。
在一些实施例中，根据以上公式(2)，在时间点710处一个盘发生故障的概率为M*P，其中M表示非映射RAID中的盘数，P表示单个盘在预定时间点发生故障的概率。设非映射RAID中单个盘的重建时间为T，设每个盘在时间段T内发生故障的概率为P(T)。根据以上公式(2)，由于仅剩M-1个非故障盘，则在重建故障盘的时间段T之间，第二个盘发生故障的概率为(M-1)*P(T)。
然后，在第一个盘和第二个盘同时重建的过程中，在第一个盘重建完成之前、并且在第二个盘开始重建之后的情况下第三个盘发生故障。假设盘发生故障的概率服从均匀分布，则时间点620的期望时间点在时间段610后的T/2时间段处，即时间点610与时间点620之间的时间长度为T/2。由于仅剩M-2个非故障盘，因此第三个盘发生故障的概率为(M-2)*P(T/2)。
继而将重建第三个盘。如果在第一个盘重建完成之前、并且在第三个盘开始重建之后的情况下第四个盘发生故障，则非映射RAID中的数据将会丢失。同样，假设盘发生故障的概率服从均匀分布，则时间点730与时间点740之间的时间长度的期望为T/4，则由于仅剩M-3个非故障盘，第四个盘发生故障的概率为(M-3)*P(T/4)。因此，针对具有三个奇偶校验信息块的RAID级别，可以确定非映射RAID的数据丢失率为以下公式(11)：
仍然参考图4，方法400进行到步骤404，在此确定映射RAID的数据丢失率(又称“第二数据丢失率”)。与以上确定非映射RAID的数据丢失率的过程类似，可以针对不同的RAID级别，分别确定映射RAID的数据丢失率。确定第二数据丢失率的原理和机制与确定第一数据丢失率相仿，在此不再赘述。
设N表示映射RAID中的盘数，P表示单个盘在预定时间点处发生故障的概率，并且设映射RAID中单个盘的重建时间为T'，设每个盘在时间段T'内发生故障的概率为P(T')。在一些实施例中，根据以上公式(3)，可以确定P(T)/P(T')＝T/T'。
在一些实施例中，针对具有一个奇偶校验信息块的RAID级别，可以确定映射RAID的数据丢失率为以下公式(12)：
在一些实施例中，针对具有两个奇偶校验信息块的RAID级别，可以确定映射RAID的数据丢失率为以下公式(13)：
在一些实施例中，针对具有三个奇偶校验信息块的RAID级别，可以确定映射RAID的数据丢失率为以下公式(14)：
接下来，在步骤406，基于第一数据丢失率(例如P11、P12、P13)和第二数据丢失率(例如P21、P22、P23)，确定映射RAID与非映射RAID的重建速度的期望比率R1。例如，可以确定在第一数据丢失率等于第二数据丢失率的情况下的期望比率R1，也即，映射RAID的可靠性不低于非映射RAID的可靠性的情况下映射RAID与非映射RAID的之间重建速度的最小比率。
在一些实施例中，可以得出，如果P11＝P21，则针对具有一个奇偶校验信息块的RAID级别的期望比率R11为以下公式(15)
在一些实施例中，可以得出，如果P12＝P22，则针对具有一个奇偶校验信息块的RAID级别的期望比率R12为以下公式(16)
在一些实施例中，可以得出：如果P13＝P23，则针对具有一个奇偶校验信息块的RAID级别的期望比率R13为以下公式(17)
在一些实施例中，对以上式(15)-(17)进行合并，可以将映射RAID与非映射RAID之间的重建速度的期望比率R确定为公式(18)：
其中N表示映射RAID中的盘的所述数目，M表示非映射RAID中的盘的所述数目，K表示RAID级别中的奇偶校验信息块的数目，以及N！表示N的阶乘，(N-(K+1))！表示(N-(K+1))的阶乘，M！表示N的阶乘，以及(M-(K+1))！表示(M-(K+1))的阶乘。
接下来，方法400继续进行到步骤408，在此确定非映射RAID的实际重建速度。非映射RAID的重建速度取决于替换故障盘的热空闲盘的写带宽，而与非映射RAID中的盘数没有关联。然后，在步骤410，确定映射RAID的实际重建速度。可选地，在某些实施例中，可以基于映射RAID中的盘的数目，确定映射RAID的预估的实际重建速度。备选地，在另一些实施例中，可以从存储系统中获取映射RAID中的真实的重建速度。在步骤412，确定映射RAID与非映射RAID之间的重建速度的实际比率。
在步骤414，确定实际比率是否大于等于期望比率。在步骤416，如果实际比率大于等于期望比率，则输出映射RAID的可靠性高于非映射RAID的可靠性的指示。在步骤418，如果实际比率小于期望比率，则输出映射RAID的可靠性低于非映射RAID的可靠性的指示。
通过上文描述将会理解，本公开的实施例的方法400能够针对不同RAID级别确定映射RAID和非映射RAID的数据丢失率，并且通过重建速度的实际比率与期望比率之间的比较，能够确定映射RAID相对于相同级别的非映射RAID的可靠性，从而有助于为映射RAID选择RAID级别。
在一些实施例中，可以确定在实际比率大于期望比率的情况下的条件，该条件包括RAID级别、映射RAID中的盘数以及非映射RAID中的盘数之间的关联。例如，针对特定的RAID级别，当非映射RAID的盘数确定后，可以确定能够保证可靠性的映射RAID中的盘数的取值范围。
在一些实施例中，例如，以下表1给出了在“4D+1P”的传统RAID5的重建速度为35MB/s(例如，可以从存储系统中获得)的情况下，通过增加盘数(例如，从6增加到20)将传统RAID 5扩展为映射RAID时，为了保证映射RAID的可靠性而期望其达到的相应的重建速度下限值。
表1：映射RAID与非映射RAID之间的重建速度的期望比率
表2给出了在“4D+1P”的传统RAID 5的重建速度为35MB/s的情况下，在某种特定配置下通过试验测量的映射RAID的实际重建速度的测试结果。
表2：映射RAID的实际重建速度
通过比较表1和表2，可以发现如果映射RAID中的盘数量大于12，则不能够保证该特定配置下的映射RAID的可靠性。因此，为了保证该特定配置下的映射RAID不低于相应的传统RAID 5的可靠性，可以在映射RAID组中配置低于12个盘。因此，本公开的实施例能够针对各种RAID级别，在保证映射RAID的可靠性的情况下，确定映射RAID中的适合的盘数。
图8示出了根据本公开的实施例的针对不同RAID级别的映射RAID与非映射RAID之间的重建速度的期望比率的示例图示。在图8的示例中，非映射RAID包括8块盘，分别组成具有一个奇偶校验信息块的“7D+1P”的RAID 5、具有两个个奇偶校验信息块的“6D+2P”的RAID6以及具有三个奇偶校验信息块的“5D+3P”的RAID级别。
在图8的示例中，示出了在具有9-100块盘的映射RAID中，针对不同级别的RAID的重建速度的期望比率，包括针对具有一个奇偶校验信息块的“7D+1P”的RAID 5的曲线810、针对具有两个个奇偶校验信息块的“6D+2P”的RAID 6的曲线820以及针对具有三个奇偶校验信息块的“5D+3P”的RAID级别的曲线830。
从图8可以看出，具有一个奇偶校验信息块的“7D+1P”的RAID 5对期望比率的要求最高，具有三个奇偶校验信息块的“5D+3P”的RAID级别对期望比率要求最低。因此，从综合性价比的角度考虑，RAID 6适合作为映射RAID中的RAID级别。当然，如果不考虑成本而主要考虑可靠性，具有三个奇偶校验信息块的RAID级别适合作为映射RAID中的RAID级别。因此，本公开的实施例能够在保证可靠性的情况下为映射RAID选择合适的RAID级别。
图9示出了一个可以用来实施本公开的实施例的设备900的示意性框图。如图所示，设备900包括中央处理单元(CPU)901，其可以根据存储在只读存储器(ROM)902中的计算机程序指令或者从存储单元908加载到随机访问存储器(RAM)903中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 903中，还可存储设备900操作所需的各种程序和数据。CPU 901、ROM 902以及RAM 903通过总线904彼此相连。输入/输出(I/O)接口905也连接至总线904。
设备900中的多个部件连接至I/O接口905，包括：输入单元906，例如键盘、鼠标等；输出单元907，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元908，例如磁盘、光盘等；以及通信单元909，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元909允许设备900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300和400，可由处理单元901执行。例如，在一些实施例中，方法300和400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908。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 902和/或通信单元909而被载入和/或安装到设备900上。当计算机程序被加载到RAM 903并由CPU 901执行时，可以执行上文描述的方法300和400的一个或多个步骤。
在一些实施例中，以上所描述的方法300和/或400可以被实现为计算机程序产品。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。
本文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，从而实现本公开的各个方面。
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单元，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单元执行时，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的多个实施例的设备、方法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，并且也不限于所披露的各实施例。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披露的各实施例。

Claims (15)

1.一种为映射独立盘冗余阵列(RAID)选择RAID级别的方法，所述映射RAID被配置为使用多个盘来重建发生故障的盘，所述方法包括：
针对给定的RAID级别，基于所述映射RAID中的盘的数目和非映射RAID中的盘的数目，确定所述映射RAID与所述非映射RAID之间的重建速度的期望比率；
基于所述映射RAID中的盘的所述数目，确定所述映射RAID与所述非映射RAID之间的重建速度的实际比率；以及
响应于所述实际比率在所述期望比率之上，为所述映射RAID选择所述给定的RAID级别。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述RAID级别选自：
具有一个奇偶校验信息块的RAID级别，
具有两个奇偶校验信息块的RAID级别，以及
具有三个奇偶校验信息块的RAID级别。
3.根据权利要求2所述的方法，其中确定所述映射RAID与所述非映射RAID之间的重建速度的期望比率包括：
将所述映射RAID与所述非映射RAID之间的重建速度的所述期望比率R确定为：
<mrow> <mi>R</mi> <mo>=</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <mi>N</mi> <mo>!</mo> <mo>/</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>N</mi> <mo>-</mo> <mo>(</mo> <mrow> <mi>K</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mo>)</mo> <mo>)</mo> </mrow> <mo>!</mo> </mrow> <mrow> <mi>M</mi> <mo>!</mo> <mo>/</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>M</mi> <mo>-</mo> <mo>(</mo> <mrow> <mi>K</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mo>)</mo> <mo>)</mo> </mrow> <mo>!</mo> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mi>K</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> </msup> </mrow>
其中N表示所述映射RAID中的盘的所述数目，M表示所述非映射RAID中的盘的所述数目，K表示所述给定的RAID级别中的奇偶校验信息块的数目，以及“！”表示阶乘运算。
4.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述映射RAID与所述非映射RAID之间的重建速度的实际比率包括：
基于所述映射RAID中的盘的所述数目，确定所述映射RAID的实际重建速度；以及
基于所述映射RAID的所述实际重建速度和所述非映射RAID的实际重建速度，确定所述映射RAID与所述非映射RAID之间的重建速度的所述实际比率。
5.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述映射RAID与所述非映射RAID之间的重建速度的期望比率包括：
至少部分地基于所述RAID级别中所具有的奇偶校验信息块的数目，来确定所述非映射RAID的第一数据丢失率和所述映射RAID的第二数据丢失率。
6.根据权利要求5所述的方法，其中确定所述映射RAID与所述非映射RAID之间的重建速度的期望比率还包括：
进一步基于所述非映射RAID中的盘的所述数目、所述非映射RAID中的每个盘在预定时间点处发生故障的概率以及所述非映射RAID中的每个盘在重建时间段中发生故障的概率，确定所述非映射RAID的所述第一数据丢失率；以及
进一步基于所述映射RAID中的盘的所述数目、所述映射RAID中的每个盘在预定时间点处发生故障的概率以及所述映射RAID中的每个盘在重建时间段中发生故障的概率，确定所述映射RAID的所述第二数据丢失率。
7.根据权利要求6所述的方法，其中确定所述映射RAID与所述非映射RAID之间的重建速度的期望比率还包括：
基于所述第一数据丢失率和所述第二数据丢失率，确定所述映射RAID与所述非映射RAID之间的重建速度的所述期望比率。
8.一种电子设备，包括：
处理单元，所述处理单元被配置为：
针对给定的RAID级别，基于映射RAID中的盘的数目和非映射RAID中的盘的数目，确定所述映射RAID与所述非映射RAID之间的重建速度的期望比率，所述映射RAID被配置为使用多个盘来重建发生故障的盘；
基于所述映射RAID中的盘的所述数目，确定所述映射RAID与所述非映射RAID之间的重建速度的实际比率；以及
响应于所述实际比率在所述期望比率之上，为所述映射RAID选择所述给定的RAID级别。
9.根据权利要求8所述的电子设备，其中所述RAID级别选自：
具有一个奇偶校验信息块的RAID级别，
具有两个奇偶校验信息块的RAID级别，以及
具有三个奇偶校验信息块的RAID级别。
10.根据权利要求9所述的电子设备，其中确定所述映射RAID与所述非映射RAID之间的重建速度的期望比率包括：
将所述映射RAID与所述非映射RAID之间的重建速度的所述期望比率R确定为：
<mrow> <mi>R</mi> <mo>=</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <mi>N</mi> <mo>!</mo> <mo>/</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>N</mi> <mo>-</mo> <mo>(</mo> <mrow> <mi>K</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mo>)</mo> <mo>)</mo> </mrow> <mo>!</mo> </mrow> <mrow> <mi>M</mi> <mo>!</mo> <mo>/</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>M</mi> <mo>-</mo> <mo>(</mo> <mrow> <mi>K</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mo>)</mo> <mo>)</mo> </mrow> <mo>!</mo> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mi>K</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> </msup> </mrow>
其中N表示所述映射RAID中的盘的所述数目，M表示所述非映射RAID中的盘的所述数目，K表示所述给定的RAID级别中的奇偶校验信息块的数目，以及“！”表示阶乘运算。
11.根据权利要求8所述的电子设备，其中确定所述映射RAID与所述非映射RAID之间的重建速度的实际比率包括：
基于所述映射RAID中的盘的所述数目，确定所述映射RAID的实际重建速度；以及
基于所述映射RAID的所述实际重建速度和所述非映射RAID的实际重建速度，确定所述映射RAID与所述非映射RAID之间的重建速度的所述实际比率。
12.根据权利要求8所述的电子设备，其中确定所述映射RAID与所述非映射RAID之间的重建速度的期望比率包括：
至少部分地基于所述RAID级别中所具有的奇偶校验信息块的数目，来确定所述非映射RAID的第一数据丢失率和所述映射RAID的第二数据丢失率。
13.根据权利要求12所述的电子设备，其中确定所述映射RAID与所述非映射RAID之间的重建速度的期望比率还包括：
进一步基于所述非映射RAID中的盘的所述数目、所述非映射RAID中的每个盘在预定时间点处发生故障的概率以及所述非映射RAID中的每个盘在重建时间段中发生故障的概率，确定所述非映射RAID的所述第一数据丢失率；以及
进一步基于所述映射RAID中的盘的所述数目、所述映射RAID中的每个盘在预定时间点处发生故障的概率以及所述映射RAID中的每个盘在重建时间段中发生故障的概率，确定所述映射RAID的所述第二数据丢失率。
14.根据权利要求13所述的电子设备，其中确定所述映射RAID与所述非映射RAID之间的重建速度的期望比率还包括：
基于所述第一数据丢失率和所述第二数据丢失率，确定所述映射RAID与所述非映射RAID之间的重建速度的所述期望比率。
15.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品被有形地存储在非瞬态计算机可读介质上并且包括机器可执行指令，所述机器可执行指令在被执行时使机器执行根据权利要求1至7任一项所述的方法中的步骤。
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