CN111427515A

CN111427515A - Raid重建方法及装置

Info

Publication number: CN111427515A
Application number: CN202010228746.3A
Authority: CN
Inventors: 上官应兰
Original assignee: Macrosan Technologies Co Ltd
Current assignee: Macrosan Technologies Co Ltd
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2020-07-17

Abstract

本申请提供一种RAID重建方法及装置，应用于基于机械硬盘的RAID。该方法中，RAID在重建时，首先获取最近一个处理的业务IO对应的LBA地址；根据该业务IO对应的LBA地址，选择距离该LBA地址最近的未重建的条带进行重建。即，通过缩短重建IO对应的LBA地址与业务IO对应的LBA地址之间的距离，避免机械硬盘的磁头大幅摆动，减少机械硬盘寻址时间，以提升RAID重建性能，并降低重建对前端业务的影响。

Description

RAID重建方法及装置

技术领域

本申请涉及存储技术领域，尤其涉及一种RAID重建方法及装置。

背景技术

独立磁盘冗余阵列(英文：Redundant Array of Independent Disks，缩写：RAID)是把多块独立的物理磁盘按照不同的数据组织方式组合起来形成一个磁盘组，提供比单个磁盘更高的存储性能及可靠性。根据不同的数据组织方式，常用的RAID包括RAID0、RAID1、RAID5、RAID6、RAID10等，可提供不同级别的数据冗余保护。

RAID重建是指在检测到成员盘故障时，利用剩余成员盘中的数据重构故障盘中的数据，并写入热备盘，利用热备盘替换故障盘，恢复RAID数据冗余性的过程。RAID重建占用存储设备的系统资源，比如，CPU、内存、磁盘IO等，势必影响RAID处理前端业务。

机械硬盘是传统磁介质盘，主要由盘片、磁头、盘片转轴及控制电机等组成，磁头可沿盘片的半径方向运动，加上盘片每分钟几千转的高速旋转，磁头就可以定位在盘片的指定位置上进行数据的读写操作，可以看出，需读写的位置离磁头所在位置越近，机械硬盘寻址时间越短，性能越好。

对于由机械硬盘组成的RAID来说，当RAID重建需要操作的逻辑区块地址(英文：Logical Block Address，缩写：LBA)与处理前端业务需要操作的LBA地址相距较远时，将导致机械硬盘的磁头大幅摆动，寻址时间变长，影响重建性能以及前端业务性能。

发明内容

有鉴于此，本申请提出一种RAID重建方法及装置，用以提升RAID重建性能，并降低重建对前端业务的影响。

为实现上述申请目的，本申请提供了如下技术方案：

第一方面，本申请提供一种RAID重建方法，应用于存储设备包括的基于机械硬盘的RAID，所述RAID包括故障盘以及用于重建所述故障盘的热备盘，所述方法包括：

获取最近一个处理的业务IO对应的LBA地址；

查找距离该业务IO对应的LBA地址最近的未重建的第一条带；

对所述第一条带进行重建。

可选的，所述对所述第一条带进行重建之后，所述方法还包括：

更新所述第一条带的重建状态为已重建。

可选的，所述获取最近一个处理的业务IO对应的LBA地址，包括：

从所述RAID的前端命令队列中，查找最近一个处理的业务IO；

确定该业务IO对应的LBA地址。

可选的，所述方法还包括：

在未获取到最近一个处理的业务IO对应的LBA地址时，获取上一个重建IO对应的LBA地址；

查找距离该上一个重建IO对应的LBA地址最近的未重建的第二条带；

对所述第二条带进行重建。

可选的，所述对所述第二条带进行重建之后，所述方法还包括：

更新所述第二条带的重建状态为已重建。

第二方面，本申请提供一种RAID重建装置，应用于存储设备包括的基于机械硬盘的RAID，所述RAID包括故障盘以及用于重建所述故障盘的热备盘，所述装置包括：

获取单元，用于获取最近一个处理的业务IO对应的LBA地址；

查找单元，用于查找距离该业务IO对应的LBA地址最近的未重建的第一条带；

重建单元，用于对所述第一条带进行重建。

可选的，所述装置还包括：

更新单元，用于更新所述第一条带的重建状态为已重建。

可选的，所述获取单元获取最近一个处理的业务IO对应的LBA地址，包括：

从所述RAID的前端命令队列中，查找最近一个处理的业务IO；

确定该业务IO对应的LBA地址。

可选的，所述获取单元，还用于在未获取到最近一个处理的业务IO对应的LBA地址时，获取上一个重建IO对应的LBA地址；

所述查找单元，还用于查找距离该上一个重建IO对应的LBA地址最近的未重建的第二条带；

所述重建单元，还用于对所述第二条带进行重建。

可选的，所述装置还包括：

更新单元，用于更新所述第二条带的重建状态为已重建。

由以上描述可以看出，本申请中，RAID在重建时，首先获取最近一个处理的业务IO对应的LBA地址，根据该业务IO对应的LBA地址选择距离该LBA地址最近的未重建的条带进行重建。即，通过缩短重建IO对应的LBA地址与业务IO对应的LBA地址之间的距离，避免机械硬盘的磁头大幅摆动，减少机械硬盘寻址时间，从而提升RAID重建性能，并降低重建对前端业务的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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是本申请实施例示出的一种RAID重建方法流程图；

图2是本申请实施例示出的步骤101的实现流程；

图3是本申请实施例示出的另一种RAID重建方法流程图；

图4是本申请实施例示出的一种RAID重建装置的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请实施例。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请实施例可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，协商信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为协商信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

RAID是把多块独立的物理磁盘按照不同的数据组织方式组合起来形成一个磁盘组，提供比单个磁盘更高的存储性能及可靠性。根据不同的数据组织方式，RAID可提供不同级别的数据冗余保护。

当RAID中的磁盘发生故障或离线时，需要对RAID进行重建。该重建过程是指利用RAID中的热备盘替换掉故障盘(这里，将发生故障或离线的磁盘均称为故障盘)，以恢复RAID的数据冗余性。

这里，需要说明的是，可组成RAID的磁盘种类较多，比如，机械硬盘、固态硬盘(英文：Solid State Disk，缩写：SSD)盘等。其中，机械硬盘是传统磁介质盘，主要由盘片、磁头、盘片转轴及控制电机等组成，磁头可沿盘片的半径方向运动，加上盘片每分钟几千转的高速旋转，磁头就可以定位在盘片的指定位置上进行数据的读写操作，可以看出，需读写的位置离磁头所在位置越近，机械硬盘寻址时间越短，性能越好。

当基于机械硬盘的RAID并发处理业务IO和重建IO时，很可能由于业务IO对应LBA地址与重建IO对应LBA地址相距较远，而导致机械硬盘的磁头大幅摆动，寻址时间长，影响RAID的重建性能以及前端业务性能。

为此，本申请实施例提供一种RAID重建方法，该方法适用于基于机械硬盘的RAID。该方法通过尽量缩短重建IO对应的LBA地址与业务IO对应的LBA地址之间的距离，避免机械硬盘的磁头大幅摆动，减少机械硬盘寻址时间，从而提升RAID重建性能，并降低重建对前端业务的影响。

为了使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本申请实施例执行详细描述：

参见图1，为本申请实施例提供的RAID重建方法流程图。该流程应用于存储设备包括的基于机械硬盘的RAID。

如图1所示，该流程可包括以下步骤：

步骤101，获取最近一个处理的业务IO对应的LBA地址。

本申请实施例中，RAID在重建时，首先获取最近一个处理的业务IO的LBA地址。

这里，业务IO是指前端服务器发起的用于从存储设备读写数据的IO。

本步骤获取最近一个处理的业务IO对应的LBA地址的过程，在下文中介绍，这里暂不赘述。

步骤102，查找距离该业务IO对应的LBA地址最近的未重建的第一条带。

这里，需要说明的是，在创建RAID时，RAID首先按照预设条块大小(比如，64KB)，将磁盘按照LBA地址从低到高的顺序划分为多个条块，再将多个磁盘中具有相同编号的条块组成一个条带。

RAID基于条带进行重建，并为每一个条带标记对应的重建状态。作为一个示例，可采用位图(bitmap)表的方式记录每一个条带的重建状态，每一位(bit)记录一个条带的重建状态。比如，bit值为1，代表对应条带已重建；bit值为0，代表对应条带未重建。

本步骤中，RAID根据步骤101获取到的业务IO对应的LBA地址，查找距离该LBA地址最近的重建状态为未重建的条带。

这里，将查找到的距离业务IO对应的LBA地址最近的未重建的条带，记为第一条带。可以理解的是，之所以称为第一条带，只是为便于描述而进行的命名，并非用于限定。

步骤103，对该第一条带进行重建。

RAID通过步骤102确定出需要重建的第一条带后，对该第一条带进行重建。并在完成第一条带重建后，更新第一条带的重建状态为已重建。

RAID可通过反复执行步骤101～步骤103，对RAID进行重建。

至此，完成图1所示流程。

通过图1所述流程可以看出，本申请实施例中，当RAID并发处理前端业务和重建时，可基于前端业务IO对应的LBA地址确定需要重建的条带，即，确定重建IO对应的LBA地址。通过缩短重建IO对应LBA地址与业务IO对应LBA地址之间的距离，避免机械硬盘的磁头大幅摆动，减少机械硬盘寻址时间，从而提升RAID重建性能，并降低重建对前端业务的影响。

下面对步骤101中RAID获取最近一个处理的业务IO对应的LBA地址的过程进行描述。参见图2，为本申请实施例示出的步骤101的实现流程。

如图2所示，该流程可包括以下步骤：

步骤201，从RAID的前端命令队列中，查找最近一个处理的业务IO。

RAID接收到业务IO时，首先将业务IO加入前端命令队列，然后再逐一处理。例如，前端命令队列中已加入10个业务IO，记为业务IO1～业务IO10。RAID按照业务IO1到业务IO10的顺序依次处理。

作为一个示例，若RAID正在处理业务IO7，则该业务IO7为最近一个处理的业务IO。

作为另一个示例，若前端命令队列中已无待处理的业务IO，但还存在未返回处理结果的业务IO，比如，业务IO7～业务IO10，则业务IO10为最近一个处理的业务IO。

步骤202，确定该业务IO对应的LBA地址。

作为一个示例，可直接将业务IO包括的起始LBA地址作为该业务IO对应的LBA地址，以提升处理效率。

作为另一个示例，可根据业务IO包括的起始LBA地址以及待操作地址长度，计算该业务IO待操作的结束LBA地址，将该结束LBA地址作为该业务IO对应的LBA地址。

作为另一个示例，可将位于起始LBA地址和结束LBA地址之间的任一LBA地址作为该业务IO对应的LBA地址。

至此，完成图2所示流程。

通过图2所示流程，实现获取最近一个处理的业务IO对应的LBA地址。

参见图3，为本申请实施例示出的一种RAID重建方法流程图。如图3所示，该流程可包括以下步骤：

步骤301，在未获取到最近一个处理的业务IO对应的LBA地址时，获取上一个重建IO对应的LBA地址。

如前所述，RAID重建时，首先从前端命令队列中查找最近一个处理的业务IO。若前端命令队列为空，即，没有需要处理的前端业务IO，则RAID无法获取到最近一个处理的业务IO对应的LBA地址。此时，RAID可从指定存储空间获取已记录的上一个重建IO对应的LBA地址。即，找到上一个重建IO的位置。

步骤302，查找距离该上一个重建IO对应的LBA地址最近的未重建的第二条带。

本步骤中，RAID根据步骤301获取到的上一个重建IO的LBA地址，查找距离该LBA地址最近的未重建的条带。

这里，将查找到的距离上一个重建IO对应的LBA地址最近的未重建的条带，记为第二条带。可以理解的是，之所以称为第二条带，只是为便于描述而进行的命名，并非用于限定。

步骤303，对该第二条带进行重建。

RAID通过步骤302确定出需要重建的第二条带后，对该第二条带进行重建。并在完成第二条带重建后，更新第二条带的重建状态为已重建。

RAID可通过反复执行步骤301～步骤303，对RAID进行重建。

至此，完成图3所示流程。

通过图3所示流程可以看出，本申请实施例中，若RAID重建时没有获取到前端业务IO的LBA地址，即，没有正在处理的前端业务，则按照上一个重建IO的LBA地址确定此次需要重建的条带，即，确定此次重建IO对应的LBA地址。通过缩短相邻两个重建IO对应的LBA地址之间的距离，避免机械硬盘的磁头大幅摆动，减少机械硬盘寻址时间，提升RAID重建性能。

以上对本申请实施例提供的方法进行了描述，下面对本申请实施例提供的装置进行描述：

参见图4，为本申请实施例提供的装置的结构示意图。该装置包括：获取单元401、查找单元402以及重建单元403，其中：

获取单元401，用于获取最近一个处理的业务IO对应的LBA地址；

查找单元402，用于查找距离该业务IO对应的LBA地址最近的未重建的第一条带；

重建单元403，用于对所述第一条带进行重建。

可选的，所述装置还包括：

更新单元，用于更新所述第一条带的重建状态为已重建。

可选的，所述获取单元401获取最近一个处理的业务IO对应的LBA地址，包括：

从所述RAID的前端命令队列中，查找最近一个处理的业务IO；

确定该业务IO对应的LBA地址。

可选的，所述获取单元401，还用于在未获取到最近一个处理的业务IO对应的LBA地址时，获取上一个重建IO对应的LBA地址；

所述查找单元402，还用于查找距离该上一个重建IO对应的LBA地址最近的未重建的第二条带；

所述重建单元403，还用于对所述第二条带进行重建。

可选的，所述装置还包括：

更新单元，用于更新所述第二条带的重建状态为已重建。

至此，完成图4所示装置的描述。本申请实施例中，当RAID并发处理前端业务和重建时，可基于前端业务IO对应的LBA地址确定需要重建的条带，即，确定重建IO对应的LBA地址。通过缩短重建IO对应LBA地址与业务IO对应LBA地址之间的距离，避免机械硬盘的磁头大幅摆动，减少机械硬盘寻址时间，从而提升RAID重建性能，并降低重建对前端业务的影响。

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

Claims

1.一种RAID重建方法，其特征在于，应用于存储设备包括的基于机械硬盘的RAID，所述RAID包括故障盘以及用于重建所述故障盘的热备盘，所述方法包括：

获取最近一个处理的业务IO对应的LBA地址；

查找距离该业务IO对应的LBA地址最近的未重建的第一条带；

对所述第一条带进行重建。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述第一条带进行重建之后，所述方法还包括：

更新所述第一条带的重建状态为已重建。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取最近一个处理的业务IO对应的LBA地址，包括：

从所述RAID的前端命令队列中，查找最近一个处理的业务IO；

确定该业务IO对应的LBA地址。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

对所述第二条带进行重建。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对所述第二条带进行重建之后，所述方法还包括：

更新所述第二条带的重建状态为已重建。

6.一种RAID重建装置，其特征在于，应用于存储设备包括的基于机械硬盘的RAID，所述RAID包括故障盘以及用于重建所述故障盘的热备盘，所述装置包括：

获取单元，用于获取最近一个处理的业务IO对应的LBA地址；

重建单元，用于对所述第一条带进行重建。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

更新单元，用于更新所述第一条带的重建状态为已重建。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述获取单元获取最近一个处理的业务IO对应的LBA地址，包括：

从所述RAID的前端命令队列中，查找最近一个处理的业务IO；

确定该业务IO对应的LBA地址。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于：

所述获取单元，还用于在未获取到最近一个处理的业务IO对应的LBA地址时，获取上一个重建IO对应的LBA地址；

所述重建单元，还用于对所述第二条带进行重建。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

更新单元，用于更新所述第二条带的重建状态为已重建。