CN111831470A - 磁盘阵列系统的数据还原方法 - Google Patents

Abstract

一种磁盘阵列系统的数据还原方法。磁盘阵列系统包含多个磁盘及处理器。每一磁盘包含多个数据页面，该些磁盘经条带化处理而形成横跨该些磁盘的多个数据条带，每一数据条带包含每一磁盘中的一个数据页面。处理器以日志方式写入数据至该些数据条带中，并记录每一数据条带中的每一数据页面为有效或无效。当对于该些磁盘中的一损坏磁盘还原数据时，是还原对应为有效或已写入的数据页面，不还原对应为无效或空白的数据页面。

Description

磁盘阵列系统的数据还原方法

技术领域

本发明是有关于一种储存技术，特别是有关于一种磁盘阵列系统的数据还原方法。

背景技术

现有磁盘阵列(Redundant Array of Independent Disks，RAID)在发生磁盘损坏后，需耗费时间来读取数据以计算同位来将损坏磁盘中的数据还原，在将还原后的数据写入替换磁盘，且因磁盘容量巨大，将需要耗费相当多的时间进行磁盘读写。即使，现在已有固态硬盘(SSD)，提升数据读写的时间，最快读写速度可达500MB/s。但以单颗磁盘容量为2TB为例，读写花费时间仍需约1小时。

发明内容

本发明一实施例提出一种磁盘阵列系统的数据还原方法。磁盘阵列系统包含多个磁盘，每一磁盘包含多个数据页面。此些磁盘经条带化处理而形成横跨此些磁盘的多个数据条带。每一数据条带包含每一磁盘中的一个数据页面。数据条带经由日志方式写入有数据。数据还原方法是对于磁盘中的一损坏磁盘还原数据，包含：识别损坏磁盘的数据页面是否为空数据；依据同位校正计算还原损坏磁盘的数据页面；及还原已写入的数据页面，不还原为空数据的数据页面。

本发明另一实施例提出一种磁盘阵列系统的数据还原方法。磁盘阵列系统包含第一磁盘阵列及第二磁盘阵列，第一磁盘阵列及第二磁盘阵列分别包含多个磁盘，每一磁盘包含多个数据页面。此些磁盘经条带化处理而形成横跨此些磁盘的多个数据条带。每一数据条带包含每一磁盘中的一个数据页面。数据条带经由日志方式写入有数据。数据还原方法是对于第一磁盘阵列中的一损坏磁盘还原数据，包含：识别损坏磁盘的数据页面是否为有效数据；依据同位校正计算还原损坏磁盘的数据页面；及还原有效的数据页面，不还原无效的数据页面及为空数据的数据页面。

本发明又一实施例提出一种磁盘阵列系统的数据还原方法。磁盘阵列系统包含互为镜像的一第一磁盘阵列及一第二磁盘阵列，第一磁盘阵列及第二磁盘阵列分别包含多个磁盘，每一磁盘包含多个数据页面。此些磁盘经条带化处理而形成横跨此些磁盘的多个数据条带。每一数据条带包含每一磁盘中的一个数据页面。数据条带经由日志方式写入有数据。数据还原方法是对于第一磁盘阵列中的多个损坏磁盘还原数据，包含：识别对应损坏磁盘的数据页面是否为有效数据；读取在第二磁盘阵列中对应损坏磁盘的磁盘；及还原有效的数据页面，不还原无效的数据页面及为空数据的数据页面。

综上所述，根据本发明实施例提出的磁盘阵列系统及其数据还原方法，可缩短数据复原时间。

附图说明

图1是本发明第一实施例的磁盘阵列系统的架构示意图。

图2是本发明第二实施例的磁盘阵列系统的架构示意图。

图3是本发明第三实施例的磁盘阵列系统的架构示意图。

图4是本发明第一实施例的磁盘阵列系统的数据还原方法的流程图。

图5是本发明第二实施例的磁盘阵列系统的数据还原方法的流程图。

图6是本发明第三实施例的磁盘阵列系统的数据还原方法的流程图。

其中附图标记为：

100、200、300 磁盘阵列系统

110、210 磁盘

120、220、311、321 处理器

310 第一磁盘阵列

320 第二磁盘阵列

312 第一数据池

322 第二数据池

A、A’ 第一磁盘阵列

B、B’ 第二磁盘阵列

S401 步骤

S402 步骤

S403 步骤

S501 步骤

S502 步骤

S503 步骤

S601 步骤

S602 步骤

S603 步骤

具体实施方式

请参照图1，为本发明第一实施例的磁盘阵列系统100的架构示意图。磁盘阵列系统100包含多个磁盘110及连接此些磁盘110的处理器120，此外还包含存取接口、内存等，在此不多赘述。磁盘110可以是传统硬盘(HDD)或固态硬盘(SSD)。处理器120系为可执行计算机指令与进行运算的处理单元。

参照表1，以八个磁盘110(D1～D8)所组成的磁盘阵列来说明。在此，磁盘阵列是以RAID level 4为例，但本发明不以此为限，磁盘110亦可应用RAID level 5甚至是RAIDlevel 6以上。在此，磁盘D8为同位磁盘。磁盘D1～D8经条带化处理而形成横跨磁盘D1～D8的多个数据条带。在此，以六个数据条带为例说明，其中数据条带S1、S2具有数据，数据条带S3～S6为空白。每一磁盘110包含多个数据页面，一个数据页面在表1中表示为一个字段。此些数据条带S1、S2经由日志方式写入数据(d1～d14)。在写入过程中，若对应的每一个数据条带S1、S2包含每一磁盘110中的一个数据页面。非同位磁盘的磁盘110(即磁盘D1～D7)中的每一个数据页面对应一个有效值(有效值为有效以v表示，无效以i表示)。数据条带S1包含：磁盘D1的一个数据页面(储存数据d1，有效值为有效)、磁盘D2的一个数据页面(储存数据d2，有效值为有效)、磁盘D3的一个数据页面(储存数据d3，有效值为无效)、磁盘D4的一个数据页面(储存数据d4，有效值为无效)、磁盘D5的一个数据页面(储存数据d5，有效值为无效)、磁盘D6的一个数据页面(储存数据d6，有效值为无效)、磁盘D7的一个数据页面(储存数据d7，有效值为无效)、及磁盘D8的一个数据页面(储存同位p1)。数据条带S2包含：磁盘D1的一个数据页面(储存数据d8，有效值为有效)、磁盘D2的一个数据页面(储存数据d9，有效值为无效)、磁盘D3的一个数据页面(储存数据d10，有效值为无效)、磁盘D4的一个数据页面(储存数据d11，有效值为无效)、磁盘D5的一个数据页面(储存数据d12，有效值为无效)、磁盘D6的一个数据页面(储存数据d13，有效值为无效)、磁盘D7的一个数据页面(储存数据d14，有效值为无效)、及磁盘D8的一个数据页面(储存同位p2)。须说明的是，有效值不是储存在磁盘110中，而是储存在其他储存媒体，如连接处理器120的内存。于一实施例中，是以映像表的形式储存，映像表记录对应每一数据页面的有效值为有效或无效。若映像表中未有对应某一或某些数据页面的有效值，表示该数据页面或该些数据页面尚未被写入数据，即为空白页面。在此，仅是为了方便阅读，而在表1及后续的表中一并标注有效值，并非表示有效值是储存在数据页面中。

[表1]

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

D8

S1

d1/v

d2/v

d3/i

d4/i

d5/i

d6/i

d7/i

p1

S2

d8/v

d9/i

d10/i

d11/i

d12/i

d13/i

d14/i

p2

S3

S4

S5

S6

图4为本发明第一实施例的应用于磁盘阵列系统100的数据还原方法的流程图。首先，在步骤S401中，识别还原出的损坏磁盘D2的数据页面是否为空数据，具体系从上述映像表中查找是否有未记录有效值的数据页面。参照表2，以磁盘D2损坏为例，在将损坏磁盘D2移除，而替换上一替换磁盘D2’之后，处理器120可透过同位p1以同位校正计算而还原出原本D2’的数据页面中储存的数据d2(步骤S402)。在步骤S403中，是还原已写入的数据页面，包含有效及无效的数据页面；不还原为空数据的数据页面。因此，磁盘D2在数据条带S2上的数据d9也会被还原。在一实施例中，步骤S402是仅对包含有需要还原的数据页面的数据条带进行同位校正计算；在另一实施例中，也可以对全部数据条带进行同位校正计算。

[表2]

D1

D2’

D3

D4

D5

D6

D7

D8

S1

d1/v

d2/v

d3/i

d4/i

d5/i

d6/i

d7/i

p1

S2

d8v

d9/i

d10/i

d11/i

d12/i

d13/i

d14/i

p2

S3

S4

S5

S6

在此例中，所花费的数据复原时间为数据读取时间与数据写入时间的总和(若不考虑更换磁盘时间与同位计算时间)。数据读取时间为(W*D/D)T_R。W为损坏磁盘D2上已写入的数据页面数量，D为非同位磁盘的磁盘110数量，T_R为磁盘读取一个数据页面所需时间。因为此些磁盘110可以同时被读取，故除以D。在此，数据读取时间为2T_R。数据写入时间为W*T_W，T_W为磁盘写入一个数据页面所需时间。在此，数据写入时间为2T_W。假设T_R与T_W相同(以T表示)，则所花费的数据复原时间为4T。相较于传统复原方式是将损坏磁盘D2的所有数据页面(以六个数据页面为例)均复原，其花费时间是6T_R+6T_W(即12T)，节省了66.67％的时间。

参照表6，在一些实施例中，磁盘阵列系统100还包含至少一热备援(Hot Spare)碟，于此以二个热备援碟DS1、DS2为例。

[表6]

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

D8

DS1

DS2

S1

d1/v

d2/v

d3/i

d4/i

d5/i

d6/i

d7/i

p1

S2

d8/v

d9/i

d10/i

d11/i

d12/i

d13/i

d14/i

p2

S3

S4

S5

S6

请参照表7，以磁盘D2损坏为例，在此无需替换损坏磁盘D2。在本实施例中，待还原的数据d2、d9是还原至热备援碟DS1、DS2中。在此，是将待还原的数据页面平均写入热备援碟DS1、DS2。因此，在数据条带S1上，热备援碟DS1储存数据d2，热备援碟DS2储存数据d9。在此例中，所花费的数据复原时间为数据读取时间与数据写入时间的总和(若不考虑同位计算时间)。数据读取时间为(W*D/D)T_R。在此，数据读取时间为2T_R。数据写入时间为(W/Ds)T_W，Ds为热备援碟数量。在此，数据写入时间为一个T_W。假设T_R与T_W相同(以T表示)，则所花费的数据复原时间为3T。相较于第一实施例，又再节省25％的时间。在一些实施例中，同一损坏磁盘中的待还原的数据d2、d9也可以是写入其中一个热备援碟。

[表7]

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

D8

DS1

DS2

S1

d1/v

d3/i

d4/i

d5/i

d6/i

d7/i

p1’

d2/v

d9/i

S2

d8/v

d10/i

d11/i

d12/i

d13/i

d14/i

p2

S3

S4

S5

S6

参照图2，系本发明第二实施例的磁盘阵列系统200的架构示意图。磁盘阵列系统200包含多个磁盘210及连接此些磁盘210的处理器220，此外还包含存取接口、内存等，再此不多赘述。磁盘210可以是传统硬盘(HDD)或固态硬盘(SSD)。处理器220系为可执行计算机指令与进行运算的处理单元。在此，磁盘210分为两部分，一部分的磁盘210组成第一磁盘阵列A，另一部分的磁盘210组成第二磁盘阵列B。

参照表3，分别以八个磁盘210(D1～D8；D9～D16)组成一个磁盘阵列来说明。在此，磁盘阵列的条带化与日志式写入请参照前述第一实施例的说明，于此不重复赘述。第一磁盘阵列A的数据条带S1、S2储存有数据；第二磁盘阵列B的数据条带S7储存有数据。

[表3]

图5为本发明第二实施例的应用于磁盘阵列系统200的数据还原方法的流程图。如前述实施例，有关数据页面对应的有效值是储存在有别于磁盘210的其他区域(如以映像表形式储存于连接处理器220的内存)。于步骤S501中，查看映射表中对应于损坏磁盘D2中的数据页面的有效值，可识别损坏磁盘D2的哪些数据页面为有效数据。请参照表4，以磁盘D2损坏为例，在将损坏磁盘D2移除，而替换上一替换磁盘D2’之后。在步骤S502中，透过同位p1、p2以同位校正计算还原损坏磁盘D2的数据页面。在步骤S503中，是还原有效的数据页面，不还原为无效或为空数据的数据页面。在此，损坏磁盘D2中的有效数据页面为数据d2。在一实施例中，步骤S502是仅对包含有需要还原的有效数据页面的数据条带进行同位校正计算；在另一实施例中，也可以对全部数据条带进行同位校正计算。

在第二实施例中，还原的数据d2不储存至替换磁盘D2’，而是还原有效的数据页面至第二磁盘阵列B中。例如，将数据d2写至磁盘D9在数据条带S8上的数据页面。于此，第一磁盘阵列A中的其余为有效的数据页面也被复制至第二磁盘阵列B中。在此，此些有效的数据页面仍是按照日志式的写入方式依顺序写入，其中损坏磁盘D2中的有效数据页面优先写入，再写入其余磁盘210的有效数据页面。此些数据页面的数据被写入之后，处理器220同样会计算对应的同位p8。并且，在将第一磁盘阵列A中所有的有效数据页面都写入至第二磁盘阵列B之后，处理器220会将第一磁盘阵列A抹除(即清除第一磁盘阵列A的所有数据页面)。

[表4]

在此例中，所花费的数据复原时间为数据读取时间与数据写入时间的总和(若不考虑更换磁盘时间、抹除页面的时间与同位计算时间)。数据读取时间为(N*D/D)T_R+(M/D)T_R，N为损坏磁盘D2上有效的数据页面数量，D为非同位磁盘的磁盘210数量，M为第一磁盘阵列A的其余有效的数据页面数量。在此，数据读取时间为(1+2/7)T_R。数据写入时间为((N+M)/D)T_W，因为此些磁盘110可以同时被读取与写入，故除以D。在此，数据写入时间为(3/7)T_W。假设T_R与T_W相同(以T表示)，则所花费的数据复原时间为1.71T，相较于第一实施例花费4T的时间，更加节省时间。在此，是因为有效的数据页面数量较少的关系，使得第二实施例花费的时间较第一实施例少。

在一些实施例中，若有较多的待还原数据页面数量，则采取花费时间较少的第一实施例作法(即将待还原数据页面还原至替换磁盘)。换言之，在执行还原动作之前，可评估利用哪一个实施例的作法花费的时间较少，而采用其还原作法。具体来说，按照第一实施例的作法，是将待还原的数据页面的数据写回替换磁盘中，数据读取时间为(N*D/D)T_R，数据写入时间为N*T_W，假设T_R与T_W相同(以T表示)，按照第一实施例作法所花费的数据复原时间为2NT，按照前述第二实施例作法所花费的数据复原时间为(N+(N+2M)/D)T。也就是说，当(N+2M)/D>N则采用第一实施例作法，反之则采用第二实施例作法。

参照图3，系本发明第三实施例的磁盘阵列系统300的架构示意图。磁盘阵列系统300是高可用度(High Availability，HA)丛集。也就是说，磁盘阵列系统300包含互为镜像的第一磁盘阵列310及第二磁盘阵列320。第一磁盘阵列310包含第一数据池312及连接第一数据池312的处理器311。第一数据池312包含如前述的第一磁盘阵列A及第二磁盘阵列B，因此，储存的数据同表3所列。第二磁盘阵列320包含第二数据池322及连接第二数据池322的处理器321。第二数据池322包含储存与第一磁盘阵列A相同数据的第一磁盘阵列A’，及储存与第二磁盘阵列B相同数据的第二磁盘阵列B’，故不另行列出。在一些实施例中，第一数据池312与第二数据池322也可以是分别仅包含一磁盘阵列。在一些实施例中，第一数据池312与第二数据池322也可以是分别包含超过二个磁盘阵列。

图6为本发明第三实施例的应用于磁盘阵列系统300的数据还原方法的流程图。请参照表5，以磁盘D1、D2损坏为例，损坏磁盘D1、D2将被移除，而替换上一替换磁盘D1’、D2’。如同前述实施例，有关数据页面对应的有效值是储存在有别于磁盘的其他区域(如第一数据池312的有效值是储存在连接处理器311的内存上的映像表；第二数据池322的有效值是储存在连接处理器321的内存上的映像表)。于步骤S601中，识别损坏磁盘D1、D2中的数据页面是否为有效数据，具体可查看映像表中记录相应数据页面的有效值，以识别损坏磁盘D1、D2的哪些数据页面的有效值为有效。有别于第二实施例透过同位计算的方式还原数据，在步骤S602中，是读取第二磁盘阵列320中对应损坏磁盘D1、D2的磁盘，以取得损坏磁盘D1、D2中的数据页面。在步骤S603中，是还原(即写入)有效的数据页面至对应第一磁盘阵列310中。在此，如前述第二实施例，同样不还原为无效的数据页面及为空数据的数据页面。如前述实施例，在还原数据之后，同样计算对应的同位p1’。并且，在还原数据页面之前，会先将第一磁盘阵列A抹除(即清除第一磁盘阵列A的所有数据页面)。

[表5]

在此例中，所花费的数据复原时间为数据读取时间与数据写入时间的总和(若不考虑更换磁盘时间与抹除页面的时间)。数据读取时间为(N/B)TR+(M/(D-B))TR，N为损坏磁盘D1、D2上有效的数据页面数量，M为第一磁盘阵列A的其余磁盘上的有效数据页面数量，B为损坏磁盘数量，D为非同位磁盘的数量。在此，数据读取时间为(2/2)TR+(1/5)TR，即1.2TR。数据写入时间为(N/B)TW+(M/(D-B))TW。在此，数据读取时间为1.2TW。假设TR与TW相同(以T表示)，则所花费的数据复原时间为2.4T。在第三实施例中，不需花费同位计算还原的时间，且可在多个损坏磁盘的状态下运行。

综上所述，根据本发明实施例提出的磁盘阵列系统及其数据还原方法，可缩短数据复原时间。

Claims (10)

1.一种磁盘阵列系统的数据还原方法，其特征在于，该磁盘阵列系统包含多个磁盘，每一该磁盘包含多个数据页面，该些磁盘经条带化处理而形成横跨该些磁盘的多个数据条带，每一该数据条带包含每一该些磁盘中的一个该数据页面，该些数据条带经由日志方式写入有数据，该数据还原方法是对于该些磁盘中的一损坏磁盘还原数据，包含：

识别该损坏磁盘的该些数据页面是否为空数据；

依据同位校正计算还原该损坏磁盘的该些数据页面；及

还原已写入的该数据页面，不还原为空数据的该数据页面。

2.如权利要求1所述的磁盘阵列系统的数据还原方法，其特征在于，该还原已写入的该数据页面是还原至一替换磁盘中。

3.如权利要求1所述的磁盘阵列系统的数据还原方法，其特征在于，该磁盘阵列系统还包含至少一热备援碟，其中该还原已写入的该数据页面是还原至该至少一热备援碟中。

4.如权利要求3所述的磁盘阵列系统的数据还原方法，其特征在于，该至少一热备援碟为多个，该还原已写入的该数据页面是将待还原的已写入的该数据页面分散写入至该些热备援碟。

5.一种磁盘阵列系统的数据还原方法，其特征在于，该磁盘阵列系统包含一第一磁盘阵列及一第二磁盘阵列，该第一磁盘阵列及该第二磁盘阵列分别包含多个磁盘，每一该磁盘包含多个数据页面，该些磁盘经条带化处理而形成横跨该些磁盘的多个数据条带，每一该数据条带包含每一该些磁盘中的一个该数据页面，该些数据条带经由日志方式写入有数据，该数据还原方法是对于该第一磁盘阵列中的一损坏磁盘还原数据，包含：

识别该损坏磁盘的该些数据页面是否为有效数据；

依据同位校正计算还原该损坏磁盘的该些数据页面；及

还原有效的该数据页面，不还原无效的该数据页面及为空数据的该数据页面。

6.如权利要求5所述的磁盘阵列系统的数据还原方法，其特征在于，该还原有效的该数据页面是还原至该第二磁盘阵列中。

7.如权利要求6所述的磁盘阵列系统的数据还原方法，其特征在于，更包含：复制该第一磁盘阵列中的其余为有效的该数据页面至该第二磁盘阵列中。

8.如权利要求5所述的磁盘阵列系统的数据还原方法，其特征在于，该还原有效的该数据页面是还原至该第一磁盘阵列的一替换磁盘中。

9.如权利要求5所述的磁盘阵列系统的数据还原方法，其特征在于，若(N+2M)/D>N，则该还原有效的该数据页面是还原至该第一磁盘阵列的一替换磁盘中，反之，则还原至该第二磁盘阵列中并将该第一磁盘阵列中的其余为有效的该数据页面复制至该第二磁盘阵列中，其中N为该损坏磁盘上有效的该数据页面的数量，M为该第一磁盘阵列的其余有效的该数据页面的数量，D为该第一磁盘阵列及该第二磁盘阵列中分别包含的非同位磁盘的数量。

10.一种磁盘阵列系统的数据还原方法，其特征在于，该磁盘阵列系统包含互为镜像的一第一磁盘阵列及一第二磁盘阵列，该第一磁盘阵列及该第二磁盘阵列分别包含多个磁盘，每一该磁盘包含多个数据页面，该些磁盘经条带化处理而形成横跨该些磁盘的多个数据条带，每一该数据条带包含每一该些磁盘中的一个该数据页面，该些数据条带经由日志方式写入有数据，该数据还原方法是对于该第一磁盘阵列中的多个损坏磁盘还原数据，包含：

识别对应该些损坏磁盘的该些数据页面是否为有效数据；

读取在该第二磁盘阵列中对应该些损坏磁盘的该些磁盘；及

还原有效的该数据页面，不还原无效的该数据页面及为空数据的该数据页面。

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