CN112214176B - 一种面向san云盘制备的方法与设备 - Google Patents

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Abstract

本申请通过一种面向SAN制备云盘的方法及设备，该方法首先将用于制备云盘的物理机信息写入全局锁空间，以确保只有所述物理机具有制备云盘的权限，接着分配所述云盘对应的磁盘空间，并将所述磁盘空间的起止位置信息写入对应所述云盘的存储空间，然后将所述物理机的信息写入对应所述云盘的云盘锁空间，最后初始化所述磁盘空间，并清除所述全局锁空间内数据及对应所述云盘的云盘锁空间内数据，以完成所述云盘的制备。通过该方法可合理分配SAN可分配的所有存储空间，避免空间分配碎片化，对存储空间的读写无需读取、更新元数据，提升了存储性能。

Description

一种面向SAN云盘制备的方法与设备
技术领域
本申请涉及计算机数据存储处理技术领域，尤其涉及一种面向SAN制备云盘的技术。
背景技术
传统的面向SAN(Storage Area Network，存储区域网络)网络存储的云平台制备需要借助共享文件系统，例如VMFS(Virtual Machine File System，虚拟机文件系统)、OCFS(Oracle Cluster FileSystem，Oracle集群文件系统)2等文件系统。
当前应用非常广泛的小型私有云，常常采用SAN来存储云主机、云盘数据，其结构如图1所示，其中，节点1(Node1)、节点2(Node2)分别为控制服务器或者物理机，通过SAN存储交换机(Switch)连接到SAN存储控制器(ControllerModule)，SAN存储控制器通过连接扩展柜(Expansiontray)来扩展存储容量。
当Node1、Node2上运行云主机时，需要连接、访问SAN并进行数据读写。例如当Node1、Node2同时向SAN写入数据时，需要通过共享文件系统来避免Node1、Node2同时写入到SAN的同一位置，造成数据丢失。
但采用共享文件系统，每次写入数据需要即时分配存储空间，而即时分配空间需要获取锁来锁住整个文件系统的空间分配，以避免重复分配。
因此，面向SAN基于共享文件系统制备云盘，会使得SAN的读写开销大，对云盘的每次读写数据都需要同时读写元数据、获取锁，造成性能下降，无法适应现代高性能存储的需求。
发明内容
本申请的目的是提供一种面向SAN制备云盘的方法及设备，用以解决现有面向SAN基于共享文件系统制备云盘方法造成SAN性能下降的技术问题。
根据本申请的一个方面，提供了一种面向SAN制备云盘的方法，其中，所述方法包括：
将用于制备云盘的物理机信息写入全局锁空间，以确保只有所述物理机具有制备云盘的权限；
分配所述云盘对应的磁盘空间，并将所述磁盘空间的起止位置信息写入对应所述云盘的存储空间；
将所述物理机的信息写入对应所述云盘的云盘锁空间；
初始化所述磁盘空间，并清除所述全局锁空间内数据及对应所述云盘的云盘锁空间内数据，以完成所述云盘的制备。
可选地，其中，在所述将用于制备云盘的物理机信息写入全局锁空间之前，所述方法还包括：
确定用于云盘的SAN存储区域，并将所述SAN存储区域初始化，以划分为用于存储云盘用户数据的磁盘空间、存储对应云盘的磁盘空间起止位置信息的存储空间、心跳空间、全局锁空间及对应云盘的云盘锁空间，其中，所述心跳空间用以存储物理机的心跳信息，每台物理机对应一个心跳空间。
可选地，其中，所述方法还包括：
向所述云盘对应的磁盘空间写入用户数据。
可选地，其中，所述向所述云盘对应的磁盘空间写入用户数据包括：
将所述云盘对应的物理机信息写入对应所述云盘的云盘锁空间；
将所述云盘挂载到所述物理机上的云主机；
通过所述云主机向所述云盘的磁盘空间写入用户数据；
从所述云主机卸载所述云盘；
清除所述云盘锁空间内数据，以释放所述云盘。
可选地，其中，所述方法还包括：
从所述云盘的磁盘空间读取用户数据。
可选地，其中，所述从所述云盘的磁盘空间读取用户数据包括：
将所述云盘对应的物理机信息写入对应所述云盘的云盘锁空间；
将所述云盘挂载到所述物理机上的云主机；
通过所述云主机从所述云盘的磁盘空间读取用户数据；
从所述云主机卸载所述云盘；
清除所述云盘锁空间内数据，以释放所述云盘。
可选地，其中，当所述云主机向所述云盘的磁盘空间写入用户数据或者从所述云盘的磁盘空间读取用户数据时，持续向对应的心跳空间写入所述物理机的心跳信息。
可选地，其中，所述方法还包括：
销毁所述云盘。
可选地，其中，所述销毁所述云盘包括：
将用于销毁云盘的物理机的信息写入所述云盘对应的云盘锁空间；
初始化所述云盘对应的磁盘空间；
将所述物理机信息写入全局锁空间；
清除所述云盘锁空间内数据及对应所述云盘的存储空间中数据；
清除所述全局锁空间内数据，以完成所述云盘的销毁。
根据本申请的另一方面，还提供了一种面向SAN制备云盘的设备，其中，所述设备包括：
第一装置，用于将用于制备云盘的物理机信息写入全局锁空间，以确保只有所述物理机具有制备云盘的权限；
第二装置，用于分配所述云盘对应的磁盘空间，并将所述磁盘空间的起止位置信息写入对应所述云盘的存储空间；
第三装置，用于将所述物理机的信息写入对应所述云盘的云盘锁空间；
第四装置，初始化所述磁盘空间，并清除所述全局锁空间内数据及对应所述云盘的云盘锁空间内数据，以完成所述云盘的制备。
与现有技术相比，本申请通过一种面向SAN制备云盘的方法及设备，首先将用于制备云盘的物理机信息写入全局锁空间，以确保只有所述物理机具有制备云盘的权限，接着分配所述云盘对应的磁盘空间，并将所述磁盘空间的起止位置信息写入对应所述云盘的存储空间，然后将所述物理机的信息写入对应所述云盘的云盘锁空间，最后初始化所述磁盘空间，并清除所述全局锁空间内数据及对应所述云盘的云盘锁空间内数据，以完成所述云盘的制备。通过该方法可合理分配SAN可分配的所有存储空间，避免空间分配碎片化，对存储空间的读写无需读取、更新元数据，提升了存储性能。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出一种典型的用于私有云的SAN结构图；
图2示出根据本申请一个方面的一种面向SAN制备云盘的方法流程图；
图3示出一个实施例的SAN磁盘初始化后的结构示意图；
图4示出另一个实施例的SAN磁盘初始化后的结构示意图；
图5示出根据本申请另一个方面一种面向SAN制备云盘的设备示意图；
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
在本申请一个典型的配置中，系统各模块和可信方均包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括非暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
为更进一步阐述本申请所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及优选实施例，对本申请的技术方案，进行清楚和完整的描述。
图2示出本申请一个方面的一种面向SAN制备云盘的方法流程图，其中，一个实施例的方法包括：
S21将用于制备云盘的物理机信息写入全局锁空间，以确保只有所述物理机具有制备云盘的权限；
S22分配所述云盘对应的磁盘空间，并将所述磁盘空间的起止位置信息写入对应所述云盘的存储空间；
S23将所述物理机的信息写入对应所述云盘的云盘锁空间；
S24初始化所述磁盘空间，并清除所述全局锁空间内数据及对应所述云盘的云盘锁空间内数据，以完成所述云盘的制备。
在本申请中，所述方法通过云平台执行，所述云平台由基于云计算(CloudComputing)的大量计算机或网络服务器构成，其中，云计算是分布式计算的一种，由一群松散耦合的计算机集组成的一个虚拟超级计算机。所述云平台包括控制服务器、物理机及SAN。所述控制服务器及物理机为计算机设备，所述计算机设备包括但不限于个人计算机、笔记本电脑、工业计算机、网络主机、单个网络服务器、多个网络服务器集。
在此，所述计算机设备和/或云仅为举例，其他现有的或者今后可能出现的设备和/或资源共享平台如适用于本申请也应包含在本申请的保护范围内，在此，以引用的方式包含于此。
在该实施例中，所述方法通过云平台随机分配或结合物理机的状态按预设规则指定的一台物理机实现。在所述步骤S21中，该物理机将用于制备云盘的物理机信息，例如hostID信息，写入全局锁空间，以防止其他物理机对SAN磁盘元数据区域的读写，确保只有该物理机才能对SAN磁盘元数据区域进行读写，具有制备云盘的权限。
若SAN的磁盘空间还未完成初始化，则在实施步骤S21前，应对SAN的磁盘空间进行初始化。
可选地，其中，在所述步骤S21之前，所述方法还包括：
确定用于云盘的SAN存储区域，并将所述SAN存储区域初始化，以划分为用于存储云盘用户数据的磁盘空间、存储对应云盘的磁盘空间起止位置信息的存储空间、心跳空间、全局锁空间及对应云盘的云盘锁空间，其中，所述心跳空间用以存储物理机的心跳信息，每台物理机对应一个心跳空间。
在SAN连接到云平台时，云平台会将SAN挂载到物理机，此时物理机会看到一个块存储设备，在物理机使用SAN前，需要先对SAN的磁盘做初始化操作。根据大多数私有云平台的规模以及大多数SAN存储对并发的支持，一般默认支持一个SAN最多支持2000台物理机。
通常将用于云盘的SAN磁盘初始化后，静态划分出用于存储云盘用户数据的磁盘空间、存储对应云盘的磁盘空间起止位置信息的存储空间、心跳空间、全局锁空间及对应云盘的云盘锁空间。
在该实施例中，心跳空间用以存储物理机的心跳信息，每台物理机对应一个心跳空间，可分配最多2000个心跳空间，每当物理机使用SAN时会持续向其对应的心跳空间写入心跳信息，检测SAN是否可正常读写数据，以及用于其他物理机判断该物理机是否在正常读写SAN；全局锁空间用于保存一个全局锁，例如当存储对应云盘的磁盘空间起止位置信息的存储空间的信息需要发生变化时，比如物理机在创建或者销毁云盘，需要通过全局锁锁定，以避免多方同时修改相关数据；云盘锁空间用于保存对应云盘的云盘锁，云盘锁为云盘的“控制锁”，每个云盘唯一对应一个云盘锁，当云平台通过物理机激活一个云盘时，需要获取这个云盘对应的云盘锁，激活后只有该物理机可读写这个云盘，其他物理机将无法对这个云盘进行读写，除非原获取该云盘锁的物理机放弃了这个云盘锁，或者获取这个云盘锁的物理机长时间没有更新心跳，被其他物理机认为该物理机已经失效。
用于制备云盘的SAN磁盘初始化后的磁盘结构如图3所示。
继续在该实施例中，在步骤S22中，该物理机根据用户申请的云盘大小或默认大小分配云盘需要的磁盘空间，并将该磁盘空间的起止位置信息写入对应所述云盘的存储空间。例如，用户申请1T的云盘，云平台分配hostID为1的物理机去完成，物理机将其host ID信息写入全局锁空间，然后在SAN的用于存储云盘用户数据的磁盘空间内静态划分出1T的磁盘空间，并将这1T的磁盘空间的起止位置信息写入对应所述云盘的存储空间，磁盘结构如图4所示。
继续在该实施例中，在步骤S23中，该物理机将自己的信息，例如，hostID信息写入对应所述云盘的云盘锁空间。
继续在该实施例中，在步骤S24中，该物理机初始化分配给云盘对应的磁盘空间，也可以直接向分配给云盘对应的磁盘空间写入数据零，然后清除全局锁空间内数据，以及对应该云盘的云盘锁空间内数据，以完成所述云盘的制备。
该云盘完成制备后，即可被用户使用，比如写入数据。
可选地，其中，所述一种面向SAN制备云盘的方法还包括：
向所述云盘对应的磁盘空间写入用户数据。
通常，向云盘写入数据是通过物理机中运行的虚拟机/云主机操作的。
可选地，其中，所述向所述云盘对应的磁盘空间写入用户数据包括：
将所述云盘对应的物理机信息写入对应所述云盘的云盘锁空间；
将所述云盘挂载到所述物理机上的云主机；
通过所述云主机向所述云盘的磁盘空间写入用户数据；
从所述云主机卸载所述云盘；
清除所述云盘锁空间内数据，以释放所述云盘。
当用户向云平台申请向云盘写入用户数据时，云平台会分配物理机，该物理机将自己的信息，比如host ID信息，写入对应该云盘的云盘锁空间，然后将该云盘挂载到该物理机上用户使用的云主机，用户通过该云主机向云盘对应的磁盘空间写入用户数据，并在写入用户数据完成后，从云主机卸载该云盘，最后清除对应的云盘锁空间内的物理机信息，比如hostID信息，释放云盘，以便用户或其它用户对云盘进行操作。
可选地，其中，所述一种面向SAN制备云盘的方法还包括：
从所述云盘的磁盘空间读取用户数据。
通常，从云盘读取数据是通过物理机中运行的虚拟机/云主机操作的。
可选地，其中，所述从所述云盘的磁盘空间读取用户数据包括：
将所述云盘对应的物理机信息写入对应所述云盘的云盘锁空间；
将所述云盘挂载到所述物理机上的云主机；
通过所述云主机从所述云盘的磁盘空间读取用户数据；
从所述云主机卸载所述云盘；
清除所述云盘锁空间内数据，以释放所述云盘。
当用户向云平台申请从云盘读取用户数据时，云平台会分配物理机，该物理机将自己的信息，比如host ID信息，写入对应该云盘的云盘锁空间，然后将该云盘挂载到该物理机上用户使用的云主机，用户通过该云主机从云盘对应的磁盘空间读取用户数据，并在读取用户数据完成后，从云主机卸载该云盘，最后清除对应的云盘锁空间内的物理机信息，比如hostID信息，释放云盘，以便用户或其它用户对云盘进行操作，例如云盘中的用户数据不再使用，可以销毁云盘以释放其占用的磁盘空间。
可选地，其中，当所述云主机向所述云盘的磁盘空间写入用户数据或者从所述云盘的磁盘空间读取用户数据时，持续向对应的心跳空间写入所述物理机的心跳信息。
每当物理机通过用户使用的云主机向云盘对应的SAN磁盘空间写入用户数据或者从云盘对应的SAN磁盘空间读取用户数据时，都会持续向其对应的心跳空间写入心跳信息，以保持与SAN的正常连接，检测SAN是否可正常读写数据，以及用于其他物理机判断该物理机是否在正常读写SAN。
当云盘不再被需要时，可以将云盘销毁，以释放磁盘空间。
可选地，其中，所述一种面向SAN制备云盘的方法还包括：
销毁所述云盘。
可选地，其中，所述销毁所述云盘包括：
将用于销毁云盘的物理机的信息写入所述云盘对应的云盘锁空间；
初始化所述云盘对应的磁盘空间；
将所述物理机信息写入全局锁空间；
清除所述云盘锁空间内数据及对应所述云盘的存储空间中数据；
清除所述全局锁空间内数据，以完成所述云盘的销毁。
当确定云盘不再被需要时，云平台会分配用于销毁云盘的物理机，该物理机将自己的信息，比如host ID信息，写入对应该云盘的云盘锁空间，然后将该云盘对应的磁盘空间作初始化，比如，全部写入数据零，接着将自己的信息，比如host ID信息，写入全局锁空间，然后清除对应该云盘的云盘锁空间内数据及对应该云盘的存储空间内数据，最后清除全局锁空间内数据，以完成该云盘的销毁，释放该云盘对应的磁盘空间。
图5示出根据本申请另一个方面的一种面向SAN制备云盘的设备示意图，其中，所述设备包括：
第一装置51，用于将用于制备云盘的物理机信息写入全局锁空间，以确保只有所述物理机具有制备云盘的权限；
第二装置52，用于分配所述云盘对应的磁盘空间，并将所述磁盘空间的起止位置信息写入对应所述云盘的存储空间；
第三装置53，用于将所述物理机的信息写入对应所述云盘的云盘锁空间；
第四装置54，用于初始化所述磁盘空间，并清除所述全局锁空间内数据及对应所述云盘的云盘锁空间内数据，以完成所述云盘的制备。
在该实施例中，所述设备是物理机，云平台随机分配或结合物理机的状态按预设规则指定一台物理机。
其中，物理机第一装置51将用于制备云盘的物理机信息，例如hostID信息，写入全局锁空间，以防止其他物理机对SAN磁盘元数据区域的读写，确保只有该物理机才能对SAN磁盘元数据区域进行读写，具有制备云盘的权限，接着物理机第二装置52根据用户申请的云盘大小或默认大小分配云盘需要的磁盘空间，并将该磁盘空间的起止位置信息写入对应所述云盘的存储空间，然后物理机第三装置53将自己的信息，例如，hostID信息写入对应所述云盘的云盘锁空间，最后物理机第四装置54初始化分配给云盘对应的磁盘空间，也可以直接向分配给云盘对应的磁盘空间写入数据零，然后清除全局锁空间内数据，以及对应该云盘的云盘锁空间内数据，以完成所述云盘的制备。
根据本申请的又一方面，还提供了一种计算机可读介质，所述计算机可读介质存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令可被处理器执行以实现前述方法。
根据本申请的又一方面，还提供了一种面向SAN制备云盘的设备，其中，该设备包括：
一个或多个处理器；以及
存储有计算机可读指令的存储器，所述计算机可读指令在被执行时使所述处理器执行如前述方法的操作。
例如，计算机可读指令在被执行时使所述一个或多个处理器：将用于制备云盘的物理机信息写入全局锁空间，以确保只有所述物理机具有制备云盘的权限；分配所述云盘对应的磁盘空间，并将所述磁盘空间的起止位置信息写入对应所述云盘的存储空间；将所述物理机的信息写入对应所述云盘的云盘锁空间；初始化所述磁盘空间，并清除所述全局锁空间内数据及对应所述云盘的云盘锁空间内数据，以完成所述云盘的制备。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件和/或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (12)

1.一种面向SAN制备云盘的方法，其特征在于，所述方法包括：
将用于制备云盘的物理机信息写入全局锁空间，以确保只有所述物理机具有制备云盘的权限；
分配所述云盘对应的磁盘空间，并将所述磁盘空间的起止位置信息写入对应所述云盘的存储空间；
将所述物理机的信息写入对应所述云盘的云盘锁空间；
初始化所述磁盘空间，并清除所述全局锁空间内数据及对应所述云盘的云盘锁空间内数据，以完成所述云盘的制备。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述将用于制备云盘的物理机信息写入全局锁空间之前，所述方法还包括：
确定用于云盘的SAN存储区域，并将所述SAN存储区域初始化，以划分为用于存储云盘用户数据的磁盘空间、存储对应云盘的磁盘空间起止位置信息的存储空间、心跳空间、全局锁空间及对应云盘的云盘锁空间，其中，所述心跳空间用以存储物理机的心跳信息，每台物理机对应一个心跳空间。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
向所述云盘对应的磁盘空间写入用户数据。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述向所述云盘对应的磁盘空间写入用户数据包括：
将所述云盘对应的物理机信息写入对应所述云盘的云盘锁空间；
将所述云盘挂载到所述物理机上的云主机；
通过所述云主机向所述云盘的磁盘空间写入用户数据；
从所述云主机卸载所述云盘；
清除所述云盘锁空间内数据，以释放所述云盘。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
从所述云盘的磁盘空间读取用户数据。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述从所述云盘的磁盘空间读取用户数据包括：
将所述云盘对应的物理机信息写入对应所述云盘的云盘锁空间；
将所述云盘挂载到所述物理机上的云主机；
通过所述云主机从所述云盘的磁盘空间读取用户数据；
从所述云主机卸载所述云盘；
清除所述云盘锁空间内数据，以释放所述云盘。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其特征在于，当所述云主机向所述云盘的磁盘空间写入用户数据或者从所述云盘的磁盘空间读取用户数据时，持续向对应的心跳空间写入所述物理机的心跳信息。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
销毁所述云盘。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述销毁所述云盘包括：
将用于销毁云盘的物理机的信息写入所述云盘对应的云盘锁空间；
初始化所述云盘对应的磁盘空间；
将所述物理机信息写入全局锁空间；
清除所述云盘锁空间内数据及对应所述云盘的存储空间中数据；
清除所述全局锁空间内数据，以完成所述云盘的销毁。
10.一种面向SAN制备云盘的设备，其特征在于，所述设备包括：
第一装置，用于将用于制备云盘的物理机信息写入全局锁空间，以确保只有所述物理机具有制备云盘的权限；
第二装置，用于分配所述云盘对应的磁盘空间，并将所述磁盘空间的起止位置信息写入对应所述云盘的存储空间；
第三装置，用于将所述物理机的信息写入对应所述云盘的云盘锁空间；
第四装置，用于初始化所述磁盘空间，并清除所述全局锁空间内数据及对应所述云盘的云盘锁空间内数据，以完成所述云盘的制备。
11.一种计算机可读介质，其特征在于，
其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被处理器执行以实现如权利要求1至9中任一项所述的方法。
12.一种面向SAN制备云盘的设备，其特征在于，该设备包括：
一个或多个处理器；以及
存储有计算机可读指令的存储器，所述计算机可读指令在被执行时使所述处理器执行如权利要求1至9中任一项所述方法的操作。
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