CN111124257B - 用于管理独立盘冗余阵列的方法、设备和计算机程序产品 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例涉及用于管理独立盘冗余阵列的方法、设备和计算机程序产品。该方法包括：响应于接收到用于将第一RAID条带分配给RAID组的第一命令，将所述第一RAID条带的元数据信息存储在缓存存储器中，所述缓存存储器与所述RAID具有不同的输入输出(I/O)性能；以及将所述第一命令以及所述第一RAID条带的元数据信息以顺序存储结构存储在所述RAID的预定存储空间中。

Description

用于管理独立盘冗余阵列的方法、设备和计算机程序产品
技术领域
本公开的实施例总体上涉及数据存储领域，更具体地，涉及用于管理独立盘冗余阵列(RAID)的方法、设备和计算机程序产品。
背景技术
数据存储系统通常具有多个存储盘，并且多个存储盘可以被组织在盘阵列中。例如，独立盘冗余阵列(RAID，Redundant Array of Independent Disks)是一种数据存储虚拟化技术，其出于数据冗余备份和/或性能改进的目的而将多个存储盘组织成单个逻辑单元。每个存储盘可以被划分为多个盘块(drive extent)。例如，通过存储处理器将多个盘块中的至少部分盘块组织成盘阵列。根据所要求的冗余度和性能的级别，其可以具有不同的类型，诸如RAID 1、RAID 2、……、RAID 5、RAID 6等。以RAID 5为例，每个RAID条带可以包括分布于不同物理存储盘之上的5个盘块。此外，为了为用户提供逻辑存储空间，可以将多个RAID条带组织成RAID组，并且将RAID组中的RAID条带的元数据信息存储在数据存储系统中。
当RAID组的空间需要进行扩展时，可以将新的RAID条带分配给该RAID组。在这种情况下，需要将新的RAID条带的元数据信息存储在数据存储系统中。在另一情况下，当某个RAID条带里面的数据全部无效时，需要从RAID组中释放这个RAID条带。因此，需要从数据存储系统中删除这个RAID条带的元数据信息。在一些其他情况下，也可能会需要更新数据存储系统中存储的元数据信息，例如在一个或多个存储盘从数据存储系统中被移除或被重新插回时。
在对RAID条带的元数据信息进行更新时，需要确保更新信息的准确性，这对于数据存储系统的性能而言是至关重要的。此外，RAID条带的元数据信息的读取速度对于存储系统的输入输出(I/O)性能也具有很大的影响。因此，期望提供改进的方案来改善RAID条带的元数据信息的更新准确性以及读取速度。
发明内容
总体而言，本公开的实施例提供了一种管理独立盘冗余阵列(RAID)的方法、设备和计算机可读介质。
根据本公开的第一方面，提供了一种用于管理独立盘冗余阵列(RAID)的方法，包括：响应于接收到用于将第一RAID条带分配给RAID组的第一命令，将所述第一RAID条带的元数据信息存储在缓存存储器中，所述缓存存储器与所述RAID具有不同的输入输出(I/O)性能；以及将所述第一命令以及所述第一RAID条带的元数据信息以顺序存储结构存储在所述RAID的预定存储空间中。
根据本公开的第二方面，提供了一种用于管理独立盘冗余阵列(RAID)的设备，包括：至少一个处理单元；至少一个存储器，所述至少一个存储器被耦合到所述至少一个处理单元并且存储用于由所述至少一个处理单元执行的指令，所述指令当由所述至少一个处理单元执行时，使得所述设备执行动作。该动作包括：响应于接收到用于将第一RAID条带分配给RAID组的第一命令，将所述第一RAID条带的元数据信息存储在缓存存储器中，所述缓存存储器与所述RAID具有不同的输入输出(I/O)性能；以及将所述第一命令以及所述第一RAID条带的元数据信息以顺序存储结构存储在所述RAID的预定存储空间中。
根据本公开的第三方面，提供了一种计算机程序产品，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，机器可执行指令用于执行根据本公开的第一方面的方法。
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示出了根据本公开的实施例的存储系统的架构图；
图2示出了根据本公开的实施例的RAID的示例性布局的示意图；
图3示出了根据本公开的实施例的在其中分配了新的RAID条带的RAID组的示意图；
图4示出了根据本公开的实施例的方法的流程图；
图5示出了根据本公开的实施例的缓存存储器的结构框图；
图6示出了根据本公开的实施例的预定存储空间的结构框图；
图7A和图7B分别示出了根据本公开的实施例的预定存储空间在更新之前和之后的状态；以及
图8示出了可以用来实施本公开内容的实施例的示例设备的示意性框图。
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
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。
图1示出了根据本公开的实施例的存储系统100的架构图。如图1所示，存储系统100可以包括存储盘110和存储处理器150。应当理解，如图1所示的存储系统100的结构和功能仅用于示例的目的，而不暗示对于本公开的范围的任何限制。本公开的实施例可以被体现在不同的结构和/或功能中。
如图1所示，存储盘110包括多个存储盘110-1、110-2……110-N(其中N为正整数)。在此所述的“存储盘”可以指代任何目前已知或者将来开发的非易失性存储介质，例如磁盘、光盘或固态盘(SSD)等等。在本文的描述中，将以固态盘作为存储盘的示例，每个固态盘的大小例如可以是400GB、800GB、1TB、2TB、32TB等。然而，应当理解，这仅仅是出于便于描述的目的，而不暗示对本公开的范围的任何限制。
每个存储盘110可以被划分为多个盘块。应当理解，可以根据需求来确定盘块的大小。例如，可以将盘块的大小设置为GB的量级(例如，将一个盘块设置为4GB)。存储处理器150可以将多个盘块中的至少部分盘块组织成盘阵列120。盘阵列120例如可以是独立盘冗余阵列(RAID)，其通常出于数据冗余备份和/或性能改进的目的而将多个物理存储单元组合成逻辑存储单元。根据所要求的冗余度和性能的级别，其可以具有不同的类型，诸如RAID1、RAID 2、……、RAID 5、RAID 6等。
盘阵列120可以由多个条带120-1、120-2、……、120-N(其中N为正整数)组成。每个条带可以包括用于存储用户数据的数据盘块和用于存储校验信息的校验盘块。以具有4D+1P布局的RAID 5为例，其中每个条带可以包括4个数据盘块(即“4D”)和1个校验盘块(即“1P”)。在以下的描述中，将以4D+1P的RAID 5作为盘阵列120的示例。然而，应当理解，这仅仅是出于说明的目的，而不暗示对本公开的范围的任何限制。本公开的实施例可以被应用于具有其他布局或其他类型的RAID。
存储处理器150可以包括映射器130和命名空间140。映射器130用于提供被RAID120所占用的物理存储位置和命名空间140所使用的逻辑位置之间的映射关系。命名空间140通过调用映射器130的API来实现从逻辑位置到物理位置的映射。
在存储系统100的用户写入数据或读取数据时，用户向命名空间140发送写入数据或读取数据的指令。命名空间140将该指令经处理后发送至映射器130。映射器130利用内部的映射关系来查找数据应当被写入或读取的位置，并且将位置发送至RAID 120。RAID 120利用该位置来处理用户写入数据或读取数据指令。
图2示出了根据本公开的实施例的示例映射RAID 120的示意图，其图示了在如图1所示的多个盘110上构建的映射RAID的示例。如图2所示，例如，在N个盘110-1～110-N上构建了具有4D+1P布局的RAID 5，其中N大于5。在图2所示的示例中，D0～D3分别表示用于存储用户数据的数据盘块，并且P表示用于存储校验信息的校验盘块。当创建一个RAID条带(其包括D0～D3以及P)时，可以随机地从5个不同的盘中选择5个盘块。因此，用户数据和校验信息将被均匀地分布到所有盘中。例如，在图2的示例中，在盘110上创建有RAID组210和RAID组220，以便为用户提供逻辑存储空间。RAID组210可以包括RAID条带120-1、120-2和120-3，而RAID组220可以包括RAID条带120-4、120-5和120-6。此外，为了保证映射RAID的可靠性，在盘110上可以预留有一些备用盘块，例如由R来表示。当盘110中的某个盘发生故障时，这些备用盘块可以被用于重建与故障相关联的RAID条带，从而避免数据丢失的发生。
在一些实施例中，针对存储设备的I/O请求可以是针对如图2所示的某个RAID条带(例如，RAID条带120-1、120-2、120-3、120-4、120-5或120-6)的I/O请求。例如，存储处理器150可以维护RAID条带与盘110之间的映射关系，并且可以基于该映射关系来确定I/O请求所涉及的一个或多个盘110。以RAID条带120-1为例，针对RAID条带120-1的请求将涉及盘110-1、110-2、110-3、110-5和110-6。以RAID条带120-4为例，针对该RAID条带120-4的请求将涉及盘110-6、110-7、110-N、110-2和110-5。
在RAID 120中，可以存在多个RAID组(诸如RAID组210和RAID组220)，以便提供不同的功能。在一个实施例中，RAID组210可以用来存储用户数据，并且RAID组220用来存储用户数据的元数据。在其他实施例中，RAID组210和RAID组220还可以用来存储其他类型的数据。此外，在RAID 120中，还可以存在具有其他功能的RAID组，它们的组织方式可以与RAID组210和RAID组220相同或不同，在此不再赘述。
在RAID 120中，还需要存储RAID条带(例如，RAID条带120-1、120-2、120-3、120-4、120-5或120-6)的元数据信息。例如，可以将RAID条带120-1、120-2、120-3、120-4、120-5和120-6的元数据信息存储在由一个或多个其他的RAID条带组成的存储空间中。在一个实施例中，每个RAID条带的元数据信息的大小可以为128字节。在其他实施例中，每个RAID条带的元数据信息可以具有其他尺寸，例如64字节、32字节等，本公开的范围在此方面不受限制。
当在RAID 120中所包含的RAID条带的状态发生变化时，需要更新上述存储空间中所存储的RAID条带的元数据信息。在下文中列出了需要更新RAID条带的元数据信息的几种示例性情况。
在一些实施例中，当RAID组(例如，RAID组210或RAID组220)的空间需要进行扩展时，可以将新的RAID条带分配给该RAID组。例如，当RAID组210的空间需要进行扩展时，可以将新的RAID条带120-7分配给RAID组210，如图3所示。RAID条带120-7的组织方式与RAID条带120-1、120-2、120-3类似。以此方式，可以得到经扩展的RAID组210。在这种情况下，需要将新的RAID条带120-7的元数据信息更新到存储系统100中。在其他实施例中，可以将更多个新的RAID条带分配给RAID组210。相应地，也需要将这些新RAID条带的元数据信息更新到存储系统100中。此外，RAID组220可以以类似的方式进行扩展，在此不再赘述。
在一些实施例中，当某个RAID条带里面的数据已经全部变为无效时，可以采用如图1所示的映射器130将这个RAID条带从RAID组中释放。例如，当RAID组210中的RAID条带120-3里面的数据全部变为无效时，可以采用映射器130将RAID条带120-3从RAID组210中释放。在这种情况下，需要从存储系统100中删除RAID条带120-3的元数据信息。
在一些实施例中，在一个或多个存储盘(例如，盘110-1和110-2)从存储系统100中被移除或被重新插回时，也需要更新与这些存储盘相关联的RAID条带的元数据信息。
在对RAID条带的元数据信息进行更新时，需要确保更新信息的准确性，这对于存储系统100的性能而言是至关重要的。此外，RAID条带的元数据信息的读取速度对于存储系统100的输入输出(I/O)性能也具有很大的影响。因此，本公开的实施例提供了改进的方案来改善RAID条带的元数据信息的更新准确性以及读取速度。
图4示出了根据本公开的实施例的用于管理RAID 120的方法400的流程图。方法400例如可以由如图1所示的存储处理器150来执行。应当理解，方法400还可以包括未示出的附加动作和/或可以省略所示出的动作，本公开的范围在此方面不受限制。
在框401处，响应于接收到用于将第一RAID条带分配给RAID组的第一命令，将第一RAID条带的元数据信息存储在缓存存储器中。缓存存储器与RAID具有不同的输入输出(I/O)性能，例如，缓存存储器的I/O性能可以优于RAID。例如，缓存存储器可以由动态随机存取存储器(DRAM)来实现。如在上文中参考图3所描述的那样，当RAID组210的空间需要进行扩展时，可以将新的RAID条带120-7分配给RAID组210。在这种情况下，可以响应于用于将RAID条带120-7分配给RAID组210的第一命令，而将RAID条带120-7的元数据信息存储在缓存存储器中。图5示出了根据本公开的实施例的缓存存储器500的结构框图。在下文中将参考图5来描述将RAID条带120-7的元数据信息存储在缓存存储器500中的示例性过程。
在一些实施例中，如图5所示，缓存存储器500包括第一索引阵列501和多个数据阵列502-1、502-2、502-3。第一索引阵列501存储指向对应的数据阵列502-1、502-2、502-3的指针P0、P1、P2。指针P0、P1、P2可以存储在第一索引阵列501中的前三个存储位置处，并且第一索引阵列501中的其余存储位置尚未被占用。在缓存存储器500中创建新的数据阵列502时，可以将对应的指针写入第一索引阵列501中尚未被占用的位置处。各个数据阵列502-1、502-2、502-3用于存储RAID组(例如，RAID组210或RAID组220)中的RAID条带的元数据信息。在图5中仅示出了三个数据阵列502-1、502-2、502-3作为示例来描述本公开的原理。然而，应当理解，缓存存储器500可以包括一个或多个附加的数据阵列。
在一些实施例中，可以将RAID条带的元数据信息以条目的形式存储在由各个数据阵列502-1、502-2、502-3所创建的表格中。在缓存存储器500中，可以创建一个或多个表格。对于给定的表格，存储于其中的条目的大小是固定的。而对于不同的表格，所存储的条目的大小可以不同。
在一些实施例中，各个数据阵列502-1、502-2、502-3可以具有4KB的空间。在这种情况下，如果每个RAID条带的元数据信息具有128字节的大小，则在每个数据阵列502-1、502-2、502-3中可以存储32个RAID条带的元数据信息。以此方式，可以根据RAID条带的索引NX，将RAID 120中的前32个RAID条带的元数据信息存储在数据阵列502-1中，并且将接下来的32个RAID条带的元数据信息存储在数据阵列502-2中，以此类推。在其他实施例中，各个数据阵列502-1、502-2、502-3可以具有其他尺寸的存储空间，本公开的范围在此方面不受限制。
利用上述配置，可以根据RAID条带的索引NX来确定RAID条带的元数据信息在数据阵列502中的存储位置。具体地，假设每个数据阵列502可以存储M个(例如32个)RAID条带的元数据信息，通过将索引NX除以M可以确定指向包含对应的元数据信息的数据阵列502的指针在第一索引阵列501中的存储位置。随后，通过将索引NX对M取模可以得到对应的元数据信息在数据阵列502中的偏移。以此方式，能够得到具有索引NX的RAID条带的元数据信息在数据阵列502中的存储位置。例如，假设每个数据阵列502可以存储32个RAID条带的元数据信息并且RAID条带120-1的索引NX＝3，将NX＝3除以32的商为零，这表示指向包含RAID条带120-1的元数据信息的数据阵列502的指针存储在第一索引阵列501中的第一个位置处。在第一索引阵列501中的第一个位置中的指针P0指向数据阵列502-1。随后，将索引NX＝3对32取模得到的结果是3，这表示RAID条带120-1的元数据信息存储在数据阵列502-1中的第三个位置处。
在一些实施例中，在将RAID条带120-7分配给RAID组210时，在缓存存储器500中已经存在用于存储RAID条带120-7的元数据信息的第一数据阵列，例如数据阵列502-2。在这种情况下，可以直接将RAID条带120-7的元数据信息存储在该数据阵列502-2中。在另一些实施例中，在将RAID条带120-7分配给RAID组210时，在缓存存储器500中并不存在用于存储RAID条带120-7的元数据信息的第一数据阵列。在这种情况下，需要首先在缓存存储器500中创建新的第一数据阵列并且在第一索引阵列501中添加用于指向第一数据阵列的指针。随后，可以将RAID条带120-7的元数据信息写入到所创建的第一数据阵列中。在创建新的第一数据阵列时，可以将第一数据阵列中除了用于存储RAID条带120-7的元数据信息的存储空间之外的存储空间中的条目标记为释放状态，以供写入其他RAID条带的元数据信息。
随着分配的RAID条带越来越多，第一索引阵列501可能会被填满。在这种情况下，需要为第一索引阵列501分配新的更大的空间。因此，响应于第一索引阵列501被填满，可以在缓存存储器500中分配具有更大存储空间的第二索引阵列。随后，可以将第一索引阵列501中存储的指针拷贝到第二索引阵列中并且释放第一索引阵列501。以此方式，可以继续分配更多的条目，以便存储更多RAID条带的元数据信息。
在一些情况下，需要从缓存存储器500中读出所存储的元数据信息。为此，可以响应于用于读出RAID组中的第二RAID条带的元数据信息的第二命令，从多个数据阵列中的相应数据阵列中读出第二RAID条带的元数据信息。第二命令包括第二RAID条带的索引NX。在读出元数据信息时，可以根据上文中所描述的方法来确定RAID条带的元数据信息在数据阵列502中的存储位置。例如，可以基于第二RAID条带的索引NX，从第一索引阵列501选择指向第二数据阵列的指针。第二RAID条带的元数据信息已经被存储在第二数据阵列中。随后，可以基于第二RAID条带的索引和指向第二数据阵列的指针，确定第二RAID条带的元数据信息在第二数据阵列中的存储位置。最后，可以基于存储位置，从第二数据阵列中读出第二RAID条带的元数据信息。以此方式，可以以较高的速度从缓存存储器500中读出RAID条带的元数据信息。第二RAID条带可以是在上文中所述的RAID条带120-1、120-2、120-3、120-4、120-5、120-6和120-7中的任意RAID条带。
如在上文中所述，当某个RAID条带里面的数据已经全部变为无效时，可以将这个RAID条带从RAID组中释放。为此目的，可以响应于用于从RAID组释放第三RAID条带的第三命令，将第三数据阵列中用于存储第三RAID条带的元数据信息的存储位置标记为释放状态，其中第三RAID条带的元数据信息已经被存储在第三数据阵列中。第三RAID条带可以是在上文中所述的RAID条带120-1、120-2、120-3、120-4、120-5、120-6和120-7中的任意RAID条带。
继续参考图4，在框402处，响应于接收到用于将第一RAID条带分配给RAID组的第一命令，将第一命令以及第一RAID条带的元数据信息以顺序存储结构存储在RAID的预定存储空间中。如在上文中参考图3所描述的那样，当RAID组210的空间需要进行扩展时，可以将新的RAID条带120-7分配给RAID组210。在这种情况下，可以响应于用于将RAID条带120-7分配给RAID组210的第一命令，而将第一命令以及RAID条带120-7的元数据信息存储在RAID120的预定存储空间中。图6示出了根据本公开的实施例的预定存储空间600的结构框图。在下文中将参考图6来描述将第一命令以及RAID条带120-7的元数据信息存储在预定存储空间600中的示例性过程。
在一些实施例中，如图6所示，预定存储空间600包括数据存储区603以及第一超级区段601-1和第二超级区段601-2。数据存储区603用于存储RAID组(例如，RAID组210或RAID组220)中的RAID条带的元数据信息以及与RAID条带的元数据信息相关联的命令。第一超级区段601-1和第二超级区段601-2均用于存储数据存储区603中已经被占用的存储空间的首尾地址，其中第一超级区段601-1和第二超级区段601-2中的一个超级区段被标记为当前有效超级区段，并且第一超级区段601-1和第二超级区段601-2中的另一个超级区段被标记为待更新超级区段。
在一些实施例中，第一超级区段601-1和第二超级区段601-2具有对应的事务编号。该事务编号可以用来指示第一超级区段601-1和第二超级区段601-2中的哪个超级区段是当前有效超级区段以及哪个超级区段是待更新超级区段。作为示例，可以将第一超级区段601-1和第二超级区段601-2中具有较大的事务编号的超级区段指定为当前有效超级区段，并且将具有较小的事务编号的超级区段指定为待更新超级区段。在将更新信息(例如，第一命令以及RAID条带120-7的元数据信息)写入到数据存储区603中之后，更新具有较小的事务编号的待更新超级区段中存储的首尾地址，并且增加待更新超级区段的事务编号以使其变得比当前有效超级区段的事务编号更大。在此情况下，原来的待更新超级区段变为新的当前有效超级区段，而原来的当前有效超级区段变为新的待更新超级区段，以用于下一次更新。也就是说，在每次将更新信息写入到数据存储区603中之后，第一超级区段601-1和第二超级区段601-2的角色互换，也即第一超级区段601-1和第二超级区段601-2被轮流更新，并且轮流地用作当前有效超级区段和待更新超级区段。
图7A和图7B分别示出了根据本公开的实施例的预定存储空间600在更新之前和之后的状态。如图7A所示，在预定存储空间600的更新之前，第一超级区段601-1是具有较大的事务编号的当前有效超级区段，第二超级区段601-2是具有较小的事务编号的待更新超级区段。在这种情况下，第一超级区段601-1中所存储的首尾地址是有效的，而第二超级区段601-2中所存储的首尾地址是旧的。
如图7B所示，在预定存储空间600的更新之后，数据存储区603中已经被先前数据604和更新数据605占用的存储空间的首尾地址被更新到了第二超级区段601-2中。此时，第二超级区段601-2的事务编号变得大于第一超级区段601-1的事务编号。因此，第一超级区段601-1变为具有较小的事务编号的待更新超级区段，第二超级区段601-2变为具有较大的事务编号的当前有效超级区段。在这种情况下，第二超级区段601-2中所存储的首尾地址是有效的，而第一超级区段601-1中所存储的首尾地址是旧的。相应地，在进行下次更新时，会再次将更新的首尾地址写到第一超级区段601-1中，并且将第一超级区段601-1标记为当前有效超级区段。
利用第一超级区段601-1和第二超级区段601-2，可以保证更新过程是原子性的，即在不触碰先前数据的情况下，要么更新成功，要么任何更新都未生效，这改善了RAID条带的元数据信息的更新准确性。
在一些实施例中，如图6所示，预定存储空间600还包括与第一超级区段601-1相关联的第一中间区段602-1以及与第二超级区段601-2相关联的第二中间区段602-2。第一中间区段602-1和第二中间区段602-2分别用于暂存要被写入到数据存储区603中的信息。利用这种配置，可以将第一命令以及第一RAID条带的元数据信息暂存在第一中间区段602-1和第二中间区段602-2中的与待更新超级区段对应的中间区段中，并且响应于第一中间区段602-1或第二中间区段602-2被存满，再将第一中间区段602-1或第二中间区段602-2中存储的信息写入到数据存储区603中。以此方式，增加了数据存储区603中的空间利用率。
在一些实施例中，如图6所示，数据存储区603包括第一数据存储区603-1和第二数据存储区603-2。在第一数据存储区603-1和第二数据存储区603-2中，更新信息以顺序存储结构被存储。例如，如图7B所示，更新数据605紧随先前数据604顺序地被存储在第一数据存储区603-1中。以此方式，可以在更新元数据信息时避免日志输入输出，因而提高了存储盘的更新速度。在其它实施例中，数据存储区603可以包括以顺序存储结构来存储信息的单个存储区或更多个存储区，本公开的范围在此方面不受限制。
在一些实施例中，可以响应于第一存储区603-1和第二存储区603-2中的当前有效存储区中被占用的存储空间达到预定阈值，将如图5所示的缓存存储器500中存储的RAID组中的RAID条带的元数据信息以及相关联的命令存储到第一存储区603-1和第二存储区603-2中的另一个存储区中，并且释放当前有效存储区。结合图7A和7B所示，第一存储区603-1是当前有效存储区。在更新过程中，更新信息被不断地存储在第一存储区603-1中，这会导致第一存储区603-1中被占用的存储空间越来越大。在第一存储区603-1的空间使用率达到预定阈值的情况下，可以将缓存存储器中500存储的RAID组中的RAID条带的元数据信息以及相关联的命令存储到第二存储区603-2，并且释放第一存储区603-1。以此方式，能够去除第一存储区603-1和第二存储区603-2中的数据冗余，而只包含最新的数据，节约了空间并且提高了性能。
如在上文中所述，当某个RAID条带里面的数据已经全部变为无效时，可以将这个RAID条带从RAID组中释放。为此目的，可以响应于用于从RAID组释放第三RAID条带的第三命令，将第三命令附加到数据存储区中。第三RAID条带可以是在上文中所述的RAID条带120-1、120-2、120-3、120-4、120-5、120-6和120-7中的任意RAID条带。
利用上述配置，在如图1所示的存储系统100启动的过程中，可以先将由第一超级区段601-1和第二超级区段601-2中的当前有效超级区段所指向的当前有效存储区中存储的元数据信息写入到缓存存储器500。
图8示出了可以用来实施本公开内容的实施例的示例设备800的示意性框图。例如，如图1所示的存储系统100的一部分可以由设备800实施。如图8所示，设备800包括中央处理单元(CPU)801，其可以根据存储在只读存储器(ROM)802中的计算机程序指令或者从存储单元808加载到随机访问存储器(RAM)803中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 803中，还可存储设备800操作所需的各种程序和数据。CPU 801、ROM 802以及RAM 803通过总线804彼此相连。输入/输出(I/O)接口805也连接至总线804。
设备800中的多个部件连接至I/O接口805，包括：输入单元806，例如键盘、鼠标等；输出单元807，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元808，例如磁盘、光盘等；以及通信单元809，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元809允许设备800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，可由处理单元801执行。例如，在一些实施例中，方法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808。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 802和/或通信单元809而被载入和/或安装到设备800上。当计算机程序被加载到RAM 803并由CPU 801执行时，可以执行上文描述的方法400的一个或多个动作。
本公开可以是方法、装置、系统和/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。
这里参照根据本公开实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。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系统、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 (27)

1.一种用于管理独立盘冗余阵列(RAID)的方法，包括：
响应于接收到用于将第一RAID条带分配给RAID组的第一命令，将所述第一RAID条带的元数据信息存储在缓存存储器中，所述缓存存储器具有优于所述RAID的输入输出(I/O)性能；以及
将所述第一命令以及所述第一RAID条带的元数据信息以顺序存储结构存储在所述RAID的预定存储空间中，其中所述预定存储空间包括数据存储区，所述数据存储区被配置为以所述顺序存储结构存储所述RAID组中的RAID条带的元数据信息以及与所述RAID条带的元数据信息相关联的命令。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述缓存存储器包括第一索引阵列和多个数据阵列，所述第一索引阵列被配置为存储用于指向所述多个数据阵列的指针，并且所述多个数据阵列被配置为存储所述RAID组中的RAID条带的元数据信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其中将所述第一RAID条带的元数据信息存储在缓存存储器中包括：
响应于在所述缓存存储器中存在用于存储所述第一RAID条带的元数据信息的第一数据阵列，将所述第一RAID条带的元数据信息存储在所述第一数据阵列中；以及
响应于在所述缓存存储器中不存在所述第一数据阵列，在所述缓存存储器中创建所述第一数据阵列并且在所述第一索引阵列中添加用于指向所述第一数据阵列的指针，以及将所述第一RAID条带的元数据信息写入到所述第一数据阵列中。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括：
响应于用于读出所述RAID组中的第二RAID条带的元数据信息的第二命令，从所述多个数据阵列中的相应数据阵列中读出所述第二RAID条带的元数据信息，其中所述第二命令包括所述第二RAID条带的索引。
5.根据权利要求4所述的方法，其中从所述多个数据阵列中的相应数据阵列中读出所述第二RAID条带的元数据信息包括：
基于所述第二RAID条带的索引，从所述第一索引阵列选择指向第二数据阵列的指针，其中所述第二RAID条带的元数据信息已经被存储在所述第二数据阵列中；
基于所述第二RAID条带的索引和指向所述第二数据阵列的指针，确定所述第二RAID条带的元数据信息在所述第二数据阵列中的存储位置；以及
基于所述存储位置，从所述第二数据阵列中读出所述第二RAID条带的元数据信息。
6.根据权利要求2所述的方法，还包括：
响应于用于从所述RAID组释放第三RAID条带的第三命令，将第三数据阵列中被配置为存储所述第三RAID条带的元数据信息的存储位置标记为释放状态，其中所述第三RAID条带的元数据信息已经被存储在所述第三数据阵列中。
7.根据权利要求3所述的方法，还包括：
响应于所述第一索引阵列被填满，在所述缓存存储器中分配第二索引阵列，其中所述第二索引阵列的存储空间大于所述第一索引阵列的存储空间；
将所述第一索引阵列中存储的指针拷贝到所述第二索引阵列中；以及
释放所述第一索引阵列。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定存储空间包括：
第一超级区段和第二超级区段，分别被配置为存储所述数据存储区中已经被占用的存储空间的首尾地址，其中所述第一超级区段和所述第二超级区段中的一个超级区段被标记为当前有效超级区段，并且所述第一超级区段和所述第二超级区段中的另一个超级区段被标记为待更新超级区段。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：
在将所述第一命令以及所述第一RAID条带的元数据信息存储在所述预定存储空间中之后，在所述待更新超级区段中更新所述首尾地址；以及
将所述待更新超级区段标记为新的当前有效超级区段，并且将所述当前有效超级区段标记为新的待更新超级区段，以用于下一次更新。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述预定存储空间还包括与所述第一超级区段相关联的第一中间区段以及与所述第二超级区段相关联的第二中间区段，所述第一中间区段和所述第二中间区段分别被配置为暂存要被写入到所述数据存储区中的信息。
11.根据权利要求10所述的方法，其中将所述第一命令以及所述第一RAID条带的元数据信息以顺序存储结构存储在所述预定存储空间中包括：
将所述第一命令以及所述第一RAID条带的元数据信息暂存在所述第一中间区段和所述第二中间区段中的与所述待更新超级区段对应的中间区段中；以及
响应于所述第一中间区段或所述第二中间区段被存满，将所述第一中间区段或所述第二中间区段中存储的信息写入到所述数据存储区中。
12.根据权利要求8所述的方法，还包括：
响应于用于从所述RAID组释放第三RAID条带的第三命令，将所述第三命令附加到所述数据存储区中。
13.根据权利要求8所述的方法，其中所述数据存储区包括第一数据存储区和第二数据存储区，所述方法还包括：
响应于所述第一数据存储区和所述第二数据存储区中的一个存储区中被占用的存储空间达到预定阈值，将所述缓存存储器中存储的所述RAID组中的RAID条带的元数据信息以及相关联的命令存储到所述第一数据存储区和所述第二数据存储区中的另一个存储区中；以及
释放所述一个存储区。
14.一种用于管理独立盘冗余阵列(RAID)的设备，包括：
至少一个处理单元；
至少一个存储器，所述至少一个存储器被耦合到所述至少一个处理单元并且存储用于由所述至少一个处理单元执行的指令，所述指令当由所述至少一个处理单元执行时，使得所述设备执行动作，所述动作包括：
响应于接收到用于将第一RAID条带分配给RAID组的第一命令，将所述第一RAID条带的元数据信息存储在缓存存储器中，所述缓存存储器具有优于所述RAID的输入输出(I/O)性能；以及
将所述第一命令以及所述第一RAID条带的元数据信息以顺序存储结构存储在所述RAID的预定存储空间中，其中所述预定存储空间包括数据存储区，所述数据存储区被配置为以所述顺序存储结构存储所述RAID组中的RAID条带的元数据信息以及与所述RAID条带的元数据信息相关联的命令。
15.根据权利要求14所述的设备，其中所述缓存存储器包括第一索引阵列和多个数据阵列，所述第一索引阵列被配置为存储用于指向所述多个数据阵列的指针，并且所述多个数据阵列被配置为存储所述RAID组中的RAID条带的元数据信息。
16.根据权利要求15所述的设备，其中将所述第一RAID条带的元数据信息存储在缓存存储器中包括：
响应于在所述缓存存储器中存在用于存储所述第一RAID条带的元数据信息的第一数据阵列，将所述第一RAID条带的元数据信息存储在所述第一数据阵列中；以及
响应于在所述缓存存储器中不存在所述第一数据阵列，在所述缓存存储器中创建所述第一数据阵列并且在所述第一索引阵列中添加用于指向所述第一数据阵列的指针，以及将所述第一RAID条带的元数据信息写入到所述第一数据阵列中。
17.根据权利要求15所述的设备，其中所述动作还包括：
响应于用于读出所述RAID组中的第二RAID条带的元数据信息的第二命令，从所述多个数据阵列中的相应数据阵列中读出所述第二RAID条带的元数据信息，其中所述第二命令包括所述第二RAID条带的索引。
18.根据权利要求17所述的设备，其中从所述多个数据阵列中的相应数据阵列中读出所述第二RAID条带的元数据信息包括：
基于所述第二RAID条带的索引，从所述第一索引阵列选择指向第二数据阵列的指针，其中所述第二RAID条带的元数据信息已经被存储在所述第二数据阵列中；
基于所述第二RAID条带的索引和指向所述第二数据阵列的指针，确定所述第二RAID条带的元数据信息在所述第二数据阵列中的存储位置；以及
基于所述存储位置，从所述第二数据阵列中读出所述第二RAID条带的元数据信息。
19.根据权利要求15所述的设备，其中所述动作还包括：
响应于用于从所述RAID组释放第三RAID条带的第三命令，将第三数据阵列中被配置为存储所述第三RAID条带的元数据信息的存储位置标记为释放状态，其中所述第三RAID条带的元数据信息已经被存储在所述第三数据阵列中。
20.根据权利要求16所述的设备，其中所述动作还包括：
响应于所述第一索引阵列被填满，在所述缓存存储器中分配第二索引阵列，其中所述第二索引阵列的存储空间大于所述第一索引阵列的存储空间；
将所述第一索引阵列中存储的指针拷贝到所述第二索引阵列中；以及
释放所述第一索引阵列。
21.根据权利要求14所述的设备，其中所述预定存储空间包括：
第一超级区段和第二超级区段，分别被配置为存储所述数据存储区中已经被占用的存储空间的首尾地址，其中所述第一超级区段和所述第二超级区段中的一个超级区段被标记为当前有效超级区段，并且所述第一超级区段和所述第二超级区段中的另一个超级区段被标记为待更新超级区段。
22.根据权利要求21所述的设备，其中所述动作还包括：
在将所述第一命令以及所述第一RAID条带的元数据信息存储在所述预定存储空间中之后，在所述待更新超级区段中更新所述首尾地址；以及
将所述待更新超级区段标记为新的当前有效超级区段，并且将所述当前有效超级区段标记为新的待更新超级区段，以用于下一次更新。
23.根据权利要求21所述的设备，其中所述预定存储空间还包括与所述第一超级区段相关联的第一中间区段以及与所述第二超级区段相关联的第二中间区段，所述第一中间区段和所述第二中间区段分别被配置为暂存要被写入到所述数据存储区中的信息。
24.根据权利要求23所述的设备，其中将所述第一命令以及所述第一RAID条带的元数据信息以顺序存储结构存储在所述预定存储空间中包括：
将所述第一命令以及所述第一RAID条带的元数据信息暂存在所述第一中间区段和所述第二中间区段中的与所述待更新超级区段对应的中间区段中；以及
响应于所述第一中间区段或所述第二中间区段被存满，将所述第一中间区段或所述第二中间区段中存储的信息写入到所述数据存储区中。
25.根据权利要求21所述的设备，其中所述动作还包括：
响应于用于从所述RAID组释放第三RAID条带的第三命令，将所述第三命令附加到所述数据存储区中。
26.根据权利要求21所述的设备，其中所述数据存储区包括第一数据存储区和第二数据存储区，所述动作还包括：
响应于所述第一数据存储区和所述第二数据存储区中的一个存储区中被占用的存储空间达到预定阈值，将所述缓存存储器中存储的所述RAID组中的RAID条带的元数据信息以及相关联的命令存储到所述第一数据存储区和所述第二数据存储区中的另一个存储区中；以及
释放所述一个存储区。
27.一种非瞬态计算机可读介质，其上存储机器可执行指令，所述机器可执行指令用于执行根据权利要求1-13中的任一项所述的方法。
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