CN112114758A - 一种独立冗余磁盘阵列扩容的方法、装置及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种独立冗余磁盘阵列扩容的方法,包括以下步骤:S100,阵列初始化,将分块索引信息初始化到索引表;配置分块布局方案,通过空分块填充方法完成分块分布,并将分布结果填充到索引表中;S200,当新磁盘加入阵列时,通过分块迁移实现扩容,迁移阵列中原磁盘数据到新磁盘,并在空分块上构建新的条带。通过上述方式,本发明能够保证其在扩容时可正常使用,对性能影响较低,扩容完成后具有不低于未扩容时的性能。
Description
技术领域
本发明涉及存储技术领域,特别是涉及一种独立冗余磁盘阵列扩容的方法、装置及介质。
背景技术
RAID,称为独立冗余磁盘阵列,是一种组合多个磁盘来实现数据冗余和提高存取速率的一种技术。在对存储设备扩容时,通常向已有的阵列中添加磁盘来扩展阵列容量。现有申请号201310199392.4,发明名称一种独立磁盘冗余阵列RAID5的快速扩容方法,此方法基于数学运算,目的在于提高扩容速度,但在扩容时,扩容速度只是评价标准之一,扩容时对阵列可用性的影响以及在扩容后对阵列性能的影响也是存储设备扩容的衡量标准。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种独立冗余磁盘阵列扩容的方法、装置及介质,用于分布式阵列,能够保证其在扩容时可正常使用,对性能影响较低,扩容完成后具有不低于未扩容时的性能。
为解决上述技术问题,本发明采用的一个技术方案是:提供一种独立冗余磁盘阵列扩容的方法,包括以下步骤:
S100,阵列初始化,将分块索引信息初始化到索引表,配置分块布局方案,通过空分块填充方法完成分块分布,并将分布结果填充到索引表中;
所述空分块填充方法包括以下步骤:以分块大小遍历条带组,当遍历到分块没有被使用,且当前分块所处条带没有位于该磁盘上的分块,将该条带的该分块设定在当前位置;如果遍历到的分块为迁移导致的空分块,其新的分块的类型与原有分块类型相同;
S200,当新磁盘加入阵列时,通过分块迁移实现扩容,迁移阵列中原磁盘数据到新磁盘,并在阵列中原磁盘的空分块上构建新的条带;所述分块迁移的方式包括以下步骤:
S201、如果待迁移的分块所处条带的所有的分块均不位于扩容的新磁盘上,迁移该分块到新磁盘上,分块依次放置;
S202、根据条带数据与校验数据的比例进行迁移,迁移到新磁盘上的数据分块不多于初始的数据分块数目,迁移到新磁盘上的校验分块不多于初始的校验分块数目;
S203、对于每块新加入的磁盘,每一个条带组将条带数目减一个分块被迁入,其剩余一个分块与迁移出的空分块构成新的条带。
进一步,通过所述步骤S200中分块迁移的算法进行扩容的步骤包括:
(1)定义:data_pre表示已经迁移的数据分块数目,data_end表示迁移数据分块的上限数目,check_pre表示已经迁移的校验分块数目,check_end表示迁移校验数的上限数目,pre表示已经迁移的分块数目,end表示迁移分块数目的上限;
(2)遍历条带组的分块,如果该分块所处条带的所有的分块均不位于扩容的磁盘上并且如果该分块为数据分块需满足data_pre<data_end,如果该分块为校验分块需满足check_pre<check_end,转入步骤(3);
(3)迁移该分块并相应的data_pre+1或着check_pre+1,在该位置填入新的条带的数据分块或校验分块,如果pre==end-1,转入步骤(4),否则转入步骤(2);
(4)将新条带最后一个分块写入到新磁盘;
(5)对所有条带组执行该扩容步骤,完成阵列扩容。
进一步,所述步骤S100中的分块索引信息的索引方式采用三级索引,三级索引通过分离分块的条带组编号、条带编号、分块编号,并通过查阅索引表定位其分块位置;三级索引时索引具有与条带组相同的大小,其索引方式为索引条带编号及分块编号,其存储值为分块状态数据磁盘号和分块条带组内行号。
进一步,所述步骤S100中将分布结果填充到索引表时,在阵列配置不变的情况下,分块索引信息不变。
进一步,所述条带组为分布式阵列中分条带最小可对齐的单位;所述分布式阵列中磁盘数目与条带长度不相等,通过组合多个条带方式使其与磁盘数目相等,此多个条带的最小的组合称为条带组。
进一步,所述步骤S200中扩容时,其分块分布随磁盘增加而发生改变,分块分布通过所述分块布局方案进行分块分布,并将分布结果填充到索引表中。
一种独立冗余磁盘阵列扩容的装置,包括存储服务器及存储在存储服务器上并可在存储服务器上运行的程序,所述程序用于执行扩容方法;所述存储服务器被配置为用于执行存储服务器中存储的程序。
一种独立冗余磁盘阵列扩容的介质,介质用于储存所述扩容方法所用的计算机软件指令,其包含用于执行上述扩容方法所设计的程序。
本发明的有益效果是:本发明适用于分布式阵列的扩容,保证其在扩容时可以正常使用,扩容完成后具有不低于未扩容时的性能。本发明保证检验数据与数据是均匀分布的,在避免热点磁盘方面具有益的效果;本发明采用数据迁移方式完成,数据迁移量为条带长度-1/条带长度,具有更低的数据迁移量,保证迁移性能。
附图说明
图1是本发明一种独立冗余磁盘阵列扩容的方法一较佳实施例的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述,以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解,从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1,本发明实施例包括:
一种独立冗余磁盘阵列扩容的方法,应用于分布式阵列,扩容方法包括:分块布局、迁移分块、扩容的实现;本方法操作对象为虚拟磁盘,对于任意的可完成的存储功能的存储设备,其虚拟化为虚拟磁盘,每一个虚拟磁盘为一个独立的存储单位,对于同一条带中的分块,限制其不允许两个分块位于一个虚拟磁盘。
分块布局为基于索引的动态分块布局,通过逻辑运算完成初始的分块分布,并将分布结果填充到索引表中,在阵列配置不变的情况下其索引值不发生改变。其通过填充空分块的方法完成布局,其核心的设计原则为:
以分块大小遍历条带组,如果该分块没有被使用且当前条带没有位于该磁盘上的分块,将该条带该分块设定在当前位置;如果该分块为迁移导致的空分块,其新的分块的类型与原有分块类型相等。
其中阵列初始化时,分块索引信息初始化到索引表,该索引表初始化方案可采用用户自定义的分布方案或采取默认的分布方案,用户自定义的分布方案需满足该方案限制;在扩容时,其分块分布随磁盘增加而发生改变,其新的方案可有用户自定义的分布方案或采取默认的分布方案。
分块索引信息的索引方式采用三级索引,通过分块编号分离其条带组编号、条带编号、分块编号,通过查阅索引表定位其分块位置。索引具有与条带组相同的大小,其索引方式为条带编号、分块编号,其存储值为分块状态数据磁盘号,分块条带组内行号。
分块布局为基于索引的条带分布方案,该分布方法使得条带可以自由的位于条带组内任意位置,访问该条带组内任意分块数据具有相等事件复杂度,该时间复杂度优于一般数学方法的运算。
所述迁移分块为基于逻辑运算的迁移分块,当新的磁盘加入到阵列,通过迁移旧数据到新磁盘,并在空分块上构建新的条带的方式完成扩容,每加入一块新的磁盘到一个条带组,将由一个新的条带空间被扩展;其中执行分块迁移算法为:
如果该分块所处条带的所有的分块均不位于扩容的磁盘上,迁移该分块到新的磁盘上,分块依次放置。
根据条带数据与校验数据的比例进行迁移,迁移到新的磁盘上的数据分块不多于初始的数据分块数目,迁移到新的磁盘上的校验分块不多于初始的校验分块数目。
对于一块新加入的磁盘,每一个条带组将有条带数目-1个分块被迁入,其剩余一个分块与迁移出的空分块构成新的条带。
所述扩容的实现包括新条带分块的填充、算法与实现,具体实现:
1.开始,定义driver表示成员磁盘数,data_pre表示已经迁移的数据分块数目,data_end表示迁移数据分块的上限数目,check_pre表示已经迁移的校验分块数目,check_end表示迁移校验数的上限数目,pre表示已经迁移的分块数目,end表示迁移分块数目的上限;
2.初始化变量,driver=初始磁盘总数,pre=0,end=单个条带分块数,data_pre=0,data_end=单个条带数据块数,check_pre=0,check_end=单个条带校验块数;
3.遍历条带组的分块,读取条带组的分块i;
4.如果该分块所处条带的所有的分块均不位于扩容的磁盘driver+1上,进入步骤5,否则i+1,回到步骤3;
5.如果该分块为数据分块且满足data_pre<data_end,进入步骤6,否则进入步骤7;
6.迁移该分块并相应的data_pre+1,在该位置填入新的条带的数据分块,进入步骤9;
7.如果该分块为校验分块且满足check_pre<check_end,转入步骤8,否则i+1,回到步骤3;
8.迁移该分块并相应的check_pre+1,在该位置填入新的条带的校验分块,进入步骤9;
9.如果pre==end-1,转入步骤10,否则i+1,转入步骤3;
10.将新条带最后一个分块写入到新磁盘。
根据上述算法生成的迁移方案,对所有条带组执行该迁移方案,完成阵列扩容的任务。
本方案中,分布式阵列指代一种条带长度可以与磁盘数目不想等的独立冗余磁盘阵列,其分块分布在成员磁盘上但一个条带的分块不必位于所有的磁盘上。
条带是指把连续的数据分割成相同大小的数据块,把每段数据分别写入到阵列中的不同磁盘上,多个分块构成冗余功能,这多个分块称为条带。
条带组指代分布式阵列中分条带最小可对齐的单位,即因为磁盘数目与条带长度不相等导致单一条带无法完成空间对齐,通过组合多个条带方式使其与磁盘数目想等,这个最小的组合称为条带组。
本方案完成的功能作为阵列附加功能使用,本方案可应用的阵列为空间分布以条带组为基本单位的分布式阵列,在其他类型阵列中或也可以使用。本方案中条带长度由用户限定,本方案不修改用户设定的参数。
第二方面,本实施例还提供一种独立冗余磁盘阵列扩容的装置,包括存储服务器及存储在存储服务器上并可在存储服务器上运行的计算机程序,所述存储服务器执行所述程序时实现前文所述独立冗余磁盘阵列扩容方法的步骤;采用编程语言进行算法描述,采用编译器程序进行编译,生成可在存储服务器或其他可运行冗余磁盘阵列逻辑的设备上执行的可执行程序文件或程序模块,通过替换源程序或作为程序部分内容的方式完成程序的部署。
使用存储服务器或其他可运行冗余磁盘阵列逻辑的设备作为运行载体,使用者通过命令方式触发该阵列附加功能,该方案通过与使用者交互,或采用默认配置进行。
第三方面,基于与前述实施例中基于独立冗余磁盘阵列扩容方法的发明构思,本说明书实施例还提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被存储服务器执行时实现前文所述独立冗余磁盘阵列扩容方法中任一方法的步骤。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种独立冗余磁盘阵列扩容的方法,其特征在于,包括以下步骤:
S100,阵列初始化,将分块索引信息初始化到索引表,配置分块布局方案,通过空分块填充方法完成分块分布,并将分布结果填充到索引表中;
所述空分块填充方法包括以下步骤:以分块大小遍历条带组,当遍历到分块没有被使用,且当前分块所处条带没有位于该磁盘上的分块,将该条带的该分块设定在当前位置;如果遍历到的分块为迁移导致的空分块,其新的分块的类型与原有分块类型相同;
S200,当新磁盘加入阵列时,通过分块迁移实现扩容,迁移阵列中原磁盘数据到新磁盘,并在阵列中原磁盘的空分块上构建新的条带;所述分块迁移的方式包括以下步骤:
S201、如果待迁移的分块所处条带的所有的分块均不位于扩容的新磁盘上,迁移该分块到新磁盘上,分块依次放置;
S202、根据条带数据与校验数据的比例进行迁移,迁移到新磁盘上的数据分块不多于初始的数据分块数目,迁移到新磁盘上的校验分块不多于初始的校验分块数目;
S203、对于每块新加入的磁盘,每一个条带组将条带数目减一个分块被迁入,其剩余一个分块与迁移出的空分块构成新的条带。
2.根据权利要求1所述的一种独立冗余磁盘阵列扩容的方法,其特征在于:通过所述步骤S200中分块迁移的算法进行扩容的步骤包括:
(1)定义:data_pre表示已经迁移的数据分块数目,data_end表示迁移数据分块的上限数目,check_pre表示已经迁移的校验分块数目,check_end表示迁移校验数的上限数目,pre表示已经迁移的分块数目,end表示迁移分块数目的上限;
(2)遍历条带组的分块,如果该分块所处条带的所有的分块均不位于扩容的磁盘上并且如果该分块为数据分块需满足data_pre<data_end,如果该分块为校验分块需满足check_pre<check_end,转入步骤(3);
(3)迁移该分块并相应的data_pre+1或着check_pre+1,在该位置填入新的条带的数据分块或校验分块,如果pre==end-1,转入步骤(4),否则转入步骤(2);
(4)将新条带最后一个分块写入到新磁盘;
(5)对所有条带组执行该扩容步骤,完成阵列扩容。
3.根据权利要求1所述的一种独立冗余磁盘阵列扩容的方法,其特征在于:所述步骤S100中的分块索引信息的索引方式采用三级索引,三级索引通过分离分块的条带组编号、条带编号、分块编号,并通过查阅索引表定位其分块位置;三级索引时索引具有与条带组相同的大小,其索引方式为索引条带编号及分块编号,其存储值为分块状态数据磁盘号和分块条带组内行号。
4.根据权利要求1所述的一种独立冗余磁盘阵列扩容的方法,其特征在于:所述步骤S100中将分布结果填充到索引表时,在阵列配置不变的情况下,分块索引信息不变。
5.根据权利要求1所述的一种独立冗余磁盘阵列扩容的方法,其特征在于:所述条带组为分布式阵列中分条带最小可对齐的单位;所述分布式阵列中磁盘数目与条带长度不相等,通过组合多个条带方式使其与磁盘数目相等,此多个条带的最小的组合称为条带组。
6.根据权利要求1所述的一种独立冗余磁盘阵列扩容的方法,其特征在于:所述步骤S200中扩容时,其分块分布随磁盘增加而发生改变,分块分布通过所述分块布局方案进行分块分布,并将分布结果填充到索引表中。
7.一种独立冗余磁盘阵列扩容的装置,其特征在于,包括存储服务器及存储在存储服务器上并可在存储服务器上运行的程序,所述程序用于执行权利要求1~7中任一项所述方法;所述存储服务器被配置为用于执行存储服务器中存储的程序。
8.一种独立冗余磁盘阵列扩容的介质,其特征在于,所述介质用于储存为权利要求1~6中任一项所述扩容方法所用的计算机软件指令,其包含用于执行上述扩容方法所设计的程序。
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