CN111007988A - 一种raid内部磨损均衡方法、系统、终端及存储介质 - Google Patents

一种raid内部磨损均衡方法、系统、终端及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种RAID内部磨损均衡方法、系统、终端及存储介质，包括：计算RAID中每个已分配块的访问EMA值；将访问EMA值超过预设阈值的已分配块作为被迁移块；将所述被迁移块的业务数据迁移至未分配块；若从RAID中筛选不到未分配可用块，则从RAID中选取EMA值最低的空闲块和保留块，在被迁移块、空闲块和保留块之间进行业务数据交换。本发明能够降低存储出现性能瓶颈以及硬盘坏块发生的概率，进而提升存储系统的可靠性。

Description

一种RAID内部磨损均衡方法、系统、终端及存储介质
技术领域
本发明涉及服务器存储技术领域，具体涉及一种RAID内部磨损均衡方法、系统、终端及存储介质。
背景技术
存储系统一般由Drive、RAID、LUN、Cache、SCSI Target等核心软件模块组成，一块或多块物理硬盘对应的软件对象--Drive组成RAID、LUN从一个或多个RAID上申请空间、之后LUN映射到主机。主机就可以发现存储设备的LUN，进而部署业务，实现数据的存储或者读取。
RAID以64MB为单位划分成多个Chunk(块)，然后LUN从一个或者多个RAID选取Chunk来组建自己的空间。整体上一个RAID的空间被划分为两种：已分配区和未分配区(物理地址可能并不连续)。
对于已分配的Chunk，由于主机业务有可能集中在某几个LUN，并且非常有可能在LUN的某几个区域访问频度远高于其他区域，这样就会造成热点区域，对应到RAID上就是会出现热点Chunk。热点Chunk的出现，对存储来说并不是一件好事情，因为高频度地访问一块区域会造成性能瓶颈，也会使该区域容易发生损坏，进而影响主机业务。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供一种RAID内部磨损均衡方法、系统、终端及存储介质，以解决上述技术问题。
第一方面，本发明提供一种RAID内部磨损均衡方法，包括：
计算RAID中每个已分配块的访问EMA值；
将访问EMA值超过预设阈值的已分配块作为被迁移块；
将所述被迁移块的业务数据迁移至未分配块。
进一步的，所述将被迁移块的业务数据迁移至未分配块，包括：
判断未分配块中是否存在非保留块，所述非保留块为预设RAID保留区外的块：
若存在，则将所述非保留块作为迁移目标块，所述迁移目标块接收所述被迁移块的业务数据；
若不存在，则将RAID保留区内的块作为迁移目标块。
进一步的，在所述将保留区内的块作为迁移目标块之后，所述方法还包括：
将被迁移块的数据迁移至所述保留块，并将与所述被迁移块有映射关系的LUN分配至所述保留块；
将所述空闲块数据迁移至所述被迁移块，并将与所述空闲块有映射关系的LUN分配至所述被迁移块；
将所述空闲块划分至RAID保留区。
进一步的，在所述将保留区内的块作为迁移目标块之后，所述方法还包括：
将被迁移块的数据和LUN分配至所述空闲块；
将空闲块的数据和LUN分配至所述保留块；
将所述被迁移块划分至RAID保留区。
进一步的，所述将所述被迁移块的业务数据迁移至未分配块，包括：
在所述被迁移块数据的迁移过程中被迁移块的所有读操作请求分配至被迁移块；
在所述被迁移块数据的迁移过程中被迁移块的所述写操作请求同步分配至被迁移块和所述未分配块；
将与所述被迁移块具有映射关系的LUN分配至所述未分配块。
第二方面，本发明提供一种RAID内部磨损均衡系统，包括：
访问监控单元，配置用于计算RAID中每个已分配块的访问EMA值；
热点选取单元，配置用于将访问EMA值超过预设阈值的已分配块作为被迁移块；
业务迁移单元，配置用于将所述被迁移块的业务数据迁移至未分配块。
进一步的，所述业务迁移单元包括：
类型判断模块，配置用于判断未分配块中是否存在非保留块，所述非保留块为预设RAID保留区外的块；
优先迁移模块，配置用于若存在非保留块，则将所述非保留块作为迁移目标块，所述迁移目标块接收所述被迁移块的业务数据；
目标选择模块，配置用于若不存在非保留，则将RAID保留区内的块作为迁移目标块。
进一步的，所述业务迁移单元包括：
读请求分配模块，配置用于在所述被迁移块数据的迁移过程中被迁移块的所有读操作请求分配至被迁移块；
写请求分配模块，配置用于在所述被迁移块数据的迁移过程中被迁移块的所述写操作请求同步分配至被迁移块和所述未分配块；
映射变更模块，配置用于将与所述被迁移块具有映射关系的LUN分配至所述未分配块。
第三方面，提供一种终端，包括：
处理器、存储器，其中，
该存储器用于存储计算机程序，
该处理器用于从存储器中调用并运行该计算机程序，使得终端执行上述的终端的方法。
第四方面，提供了一种计算机存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面所述的方法。
本发明的有益效果在于，
本发明提供的RAID内部磨损均衡方法、系统、终端及存储介质，通过实时统计RAID中已分配块的热度信息，计算已分配块的访问次数EMA值，对于EMA值高的块，将其迁移到未分配区可用块或在RAID中不存在未分配可用块时选取EMA值最低和空闲块和RAID中的保留块，通过对EMA值高的块与空闲块和保留块进行业务交换，从而实现RAID内部磨损均衡。本发明能够降低存储出现性能瓶颈以及硬盘坏块发生的概率，进而提升存储系统的可靠性。
此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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。
图1是本发明一个实施例的方法的示意性流程图。
图2是本发明一个实施例的系统的示意性框图。
图3为本发明实施例提供的一种终端的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，而不是全部的实施例。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劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
下面对本发明中出现的关键术语进行解释。
RAID:磁盘阵列(Redundant Arrays of Independent Drives，RAID)，有“独立磁盘构成的具有冗余能力的阵列”之意。磁盘阵列是由很多块独立的磁盘，组合成一个容量巨大的磁盘组，利用个别磁盘提供数据所产生加成效果提升整个磁盘系统效能。
LUN:LUN是英文Logical Unit Number的缩写，指逻辑单元号。在存储设备中，LUN就是卷的概念。
MA:Moving Average，MA(X,N)简单算术平均,求X的N日移动平均值，不分轻重，平均算。算法是：(X1+X2+X3+…..+Xn)/N；
EMA:Exponential Moving Average)是指数移动平均值。也叫EXPMA指标，它也是一种趋向类指标，指数移动平均值是以指数式递减加权的移动平均。算法是：若Y＝EMA(X，N)，则Y＝[2*X+(N-1)*Y’]/(N+1)，其中Y’表示上一周期的Y值。时间周期越近的X值它的权重越大，说明EMA函数对近期的X值加强了权重比，相比简单算数平均，EMA的计算结果更加贴近实际值，更加稳定。
图1是本发明一个实施例的方法的示意性流程图。其中，图1执行主体可以为一种RAID内部磨损均衡系统。
如图1所示，该方法100包括：
步骤110，计算RAID中每个已分配块的访问EMA值；
步骤120，将访问EMA值超过预设阈值的已分配块作为被迁移块；
步骤130，将所述被迁移块的业务数据迁移至未分配块。
为了便于对本发明的理解，下面以本发明RAID内部磨损均衡方法的原理，结合实施例中对RAID内部磨损进行均衡的过程，对本发明提供的RAID内部磨损均衡方法做进一步的描述。
RAID按照64MB的大小划分为多个Chunk，对于每个Chunk的访问(即读写)次数进行统计，根据统计的访问次数计算对应的EMA值；用Bitmap-Allocation记录每个Chunk的分配情况，1代表已分配LUN，0代表未分配LUN；用Bitmap-Reserved记录Chunk是否是保留的区域，1代表是保留Chunk，0代表非保留Chunk。具体的，所述RAID内部磨损均衡方法包括：
S1、计算RAID中每个已分配块的访问EMA值。
在RAID设置一块保留区,本实施例中保留区占整个RAID空间的1％(比例可自行调整)，保留区内的保留块不会分配给LUN，是用于Chunk数据交换的专用区域。设定了保留区大小后，保留区的块的位置可以变化，但保留区的大小(块的数量)不可以变化。RAID(块)和LUN之间的Chunk映射关系用一个映射表元数据记录。
存储系统启动一个守护进程，该进程每隔一定时间(默认5min计算周期，可以调整)对RAID的所有Chunk的访问热度--HotValue(即这5min中内该Chunk的读写次数)进行采集。
EMA的计算方式为：Y(chunk-x,n)＝EMA(HotValue(chunk-x，n)，N)，则Y(chunk-x,n)＝[2*HotValue(chunk-x，n)+(N-1)*Y(chunk-x,n-1)]/(N+1)，Y(chunk-x,n)值代表第N个周期，Chunk-x的HotValue对应的EMA值，
Y(chunk-x,n-1)则是第N-1周期Chunk-x的HotValue的EMA值。在实现上使用递归的计算方法，如下：
如果N＝1，则EMA(HotValue(chunk-x，1)，1)＝[2*HotValue(chunk-x，1)+(1-1)*Y(chunk-x,0)]/(1+1)＝HotValue(chunk-x，1)。
如果N＝2，则EMA(HotValue(chunk-x，2)，2)＝[2*HotValue(chunk-x，2)+(2-1)*Y(chunk-x,1)]/(2+1)＝(2/3)*HotValue(chunk-x，2)+(1/3)*Y(chunk-x,1)
如果N＝3，则EMA(HotValue(chunk-x，3)，3)＝[2*HotValue(chunk-x，3)+(3-1)*Y(chunk-x,2)]/(3+1)
由此可以得到每个已分配块的访问次数EMA值。
S2、将访问EMA值超过预设阈值的块作为被迁移块。
筛选出访问次数EMA值超过预设阈值的块作为被迁移块，对其进行业务转移，降低热点块的磨损程度。阈值的设定由客户根据需要自行设定，阈值过高容易造成热点块磨损，均衡不及时；而阈值过低则会造成均衡程序过于频繁，影响RAID业务性能。
S3、若筛选到RAID中存在未分配可用块，则将所述被迁移块的业务数据迁移至所述未分配可用块。
通过迁移将热度高的已分配块中数据迁至热度低的未分配可用块。
如果在迁移过程中发生对被迁移的已分配块的读写，对于读操作请求，去读取该被迁移块的数据；对于写操作请求，则同步写入被迁移块和迁移目标块。
S3、将被迁移块与LUN的映射关系变更为所述可用块与所述LUN的映射关系。
RAID中有空闲并且为非保留的Chunk(Chunk-Dest)，则将高热度的Chunk中的数据迁移至Chunk-Free中。完成数据迁移前所有落在这个Chunk的读请求，均是读取Chunk-Src，所有的写请求，则同步写到Chunk-Src和Chunk-Dest。待全部迁移完成，更新LUN和RAID之间的映射关系元数据。Chunk-Src就变成了空闲且未非保留的Chunk。在迁移完成后将被迁移块状态更新为未分配的可用块。并解除被迁移块与LUN之间的映射关系，同时建立LUN与迁移目标块的映射关系。将映射关系的变更在映射保存表中同步更新。
具体方法为：
1)遍历Bitmap-Allocation和Bitmap-Reserved，找到Bitmap-Allocation为0(未分配)，且Bitmap-Reserved为0(非保留)的Chunk-Dest
2)将EMA值高于阈值的Chunk-Src的数据迁移到Chunk-Dest
3)更改Chunk-Src对应的Bitmap-Allocation为0，更改Chunk-Dest对应的Bitmap-Allocation为1,更新LUN和RAID之间Chunk的映射关系元数据；
4)如果在迁移过程中发生对迁移的Chunk的读写，对于读操作，去读取Chunk-Src；对于写操作，则同步写入Chunk-Src和Chunk-Dest。
S4、若从RAID中筛选不到未分配可用块，则从RAID中选取EMA值最低的空闲块和保留块，在被迁移块、空闲块和保留块之间进行业务数据交换。
在本发明的技术方案中存在两种业务数据交换方法，其一是：将被迁移块的数据迁移至所述保留块，并将与所述被迁移块有映射关系的LUN分配至所述保留块；将所述空闲块数据迁移至所述被迁移块，并将与所述空闲块有映射关系的LUN分配至所述被迁移块；将所述空闲块划分至RAID保留区。其二是：将被迁移块的数据和LUN分配至所述空闲块；将空闲块的数据和LUN分配至所述保留块；将所述被迁移块划分至RAID保留区。两种迁移方法中只是迁移对象排列有差别，业务数据的迁移方法与步骤S3相同。
对于交换方式实现的磨损均衡，本实施例提供的具体实现步骤为：
1)遍历Bitmap-Reserved，找到一个Chunk-Reserved；遍历Bitmap-Allocation，找到一个低于热度阈值的Chunk-Cold，和一个高于热度阈值的Chunk-Hot；
2)将Chunk-Hot的数据迁移到Chunk-Reserved，更改Chunk-Reserved对应的Bitmap-Reserved为0，更改Chunk-Reserved对应的Bitmap-Allocation为1；
3)将Chunk-Cold的数据迁移到Chunk-Hot，更改Chunk-Cold对应的Bitmap-Reserved为1，更改Chunk-Cold对应的Bitmap-Allocation为0
如图2示，该系统200包括：
访问监控单元210，配置用于计算RAID中每个已分配块的访问EMA值；
热点选取单元220，配置用于将访问EMA值超过预设阈值的已分配块作为被迁移块；
业务迁移单元230，配置用于将所述被迁移块的业务数据迁移至未分配块。
可选地，作为本发明一个实施例，所述业务迁移单元包括：
类型判断模块，配置用于判断未分配块中是否存在非保留块，所述非保留块为预设RAID保留区外的块；
优先迁移模块，配置用于若存在非保留块，则将所述非保留块作为迁移目标块，所述迁移目标块接收所述被迁移块的业务数据；
目标选择模块，配置用于若不存在非保留，则将RAID保留区内的块作为迁移目标块。
可选地，作为本发明一个实施例，所述业务迁移单元包括：
读请求分配模块，配置用于在所述被迁移块数据的迁移过程中被迁移块的所有读操作请求分配至被迁移块；
写请求分配模块，配置用于在所述被迁移块数据的迁移过程中被迁移块的所述写操作请求同步分配至被迁移块和所述未分配可用块；
映射变更模块，配置用于将与所述被迁移块具有映射关系的LUN分配至所述未分配可用块。
图3为本发明实施例提供的一种终端系统300的结构示意图，该终端系统300可以用于执行本发明实施例提供的RAID内部磨损均衡方法。
其中，该终端系统300可以包括：处理器310、存储器320及通信单元330。这些组件通过一条或多条总线进行通信，本领域技术人员可以理解，图中示出的服务器的结构并不构成对本发明的限定，它既可以是总线形结构，也可以是星型结构，还可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
其中，该存储器320可以用于存储处理器310的执行指令，存储器320可以由任何类型的易失性或非易失性存储终端或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。当存储器320中的执行指令由处理器310执行时，使得终端300能够执行以下上述方法实施例中的部分或全部步骤。
处理器310为存储终端的控制中心，利用各种接口和线路连接整个电子终端的各个部分，通过运行或执行存储在存储器320内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，以执行电子终端的各种功能和/或处理数据。所述处理器可以由集成电路(Integrated Circuit，简称IC)组成，例如可以由单颗封装的IC所组成，也可以由连接多颗相同功能或不同功能的封装IC而组成。举例来说，处理器310可以仅包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)。在本发明实施方式中，CPU可以是单运算核心，也可以包括多运算核心。
通信单元330，用于建立通信信道，从而使所述存储终端可以与其它终端进行通信。接收其他终端发送的用户数据或者向其他终端发送用户数据。
本发明还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质可存储有程序，该程序执行时可包括本发明提供的各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(英文：read-only memory，简称：ROM)或随机存储记忆体(英文：random access memory，简称：RAM)等。
因此，本发明通过实时统计RAID中已分配块的热度信息，计算已分配块的访问次数EMA值，对于EMA值高的块，将其迁移到未分配区的可用块(非保留块)，从而实现RAID内部磨损均衡。本发明能够降低存储出现性能瓶颈以及硬盘坏块发生的概率，进而提升存储系统的可靠性，本实施例所能达到的技术效果可以参见上文中的描述，此处不再赘述。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中如U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，包括若干指令用以使得一台计算机终端(可以是个人计算机，服务器，或者第二终端、网络终端等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于终端实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，系统或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种RAID内部磨损均衡方法，其特征在于，包括：
计算RAID中每个已分配块的访问EMA值；
将访问EMA值超过预设阈值的已分配块作为被迁移块；
将所述被迁移块的业务数据迁移至未分配块。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将被迁移块的业务数据迁移至未分配块，包括：
判断未分配块中是否存在非保留块，所述非保留块为预设RAID保留区外的块：
若存在，则将所述非保留块作为迁移目标块，所述迁移目标块接收所述被迁移块的业务数据；
若不存在，则将RAID保留区内的块作为迁移目标块。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述将保留区内的块作为迁移目标块之后，所述方法还包括：
将被迁移块的数据迁移至所述保留块，并将与所述被迁移块有映射关系的LUN分配至所述保留块；
将所述空闲块数据迁移至所述被迁移块，并将与所述空闲块有映射关系的LUN分配至所述被迁移块；
将所述空闲块划分至RAID保留区。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述将保留区内的块作为迁移目标块之后，所述方法还包括：
将被迁移块的数据和LUN分配至所述空闲块；
将空闲块的数据和LUN分配至所述保留块；
将所述被迁移块划分至RAID保留区。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述被迁移块的业务数据迁移至未分配块，包括：
在所述被迁移块数据的迁移过程中被迁移块的所有读操作请求分配至被迁移块；
在所述被迁移块数据的迁移过程中被迁移块的所述写操作请求同步分配至被迁移块和所述未分配块；
将与所述被迁移块具有映射关系的LUN分配至所述未分配块。
6.一种RAID内部磨损均衡系统，其特征在于，包括：
访问监控单元，配置用于计算RAID中每个已分配块的访问EMA值；
热点选取单元，配置用于将访问EMA值超过预设阈值的已分配块作为被迁移块；
业务迁移单元，配置用于将所述被迁移块的业务数据迁移至未分配块。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述业务迁移单元包括：
类型判断模块，配置用于判断未分配块中是否存在非保留块，所述非保留块为预设RAID保留区外的块；
优先迁移模块，配置用于若存在非保留块，则将所述非保留块作为迁移目标块，所述迁移目标块接收所述被迁移块的业务数据；
目标选择模块，配置用于若不存在非保留，则将RAID保留区内的块作为迁移目标块。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述业务迁移单元包括：
读请求分配模块，配置用于在所述被迁移块数据的迁移过程中被迁移块的所有读操作请求分配至被迁移块；
写请求分配模块，配置用于在所述被迁移块数据的迁移过程中被迁移块的所述写操作请求同步分配至被迁移块和所述未分配块；
映射变更模块，配置用于将与所述被迁移块具有映射关系的LUN分配至所述未分配块。
9.一种终端，其特征在于，包括：
处理器；
用于存储处理器的执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为执行权利要求1-5任一项所述的方法。
10.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一项所述的方法。
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