CN113552998A - 用于管理存储系统中的条带的方法、设备和程序产品 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于管理存储系统中的条带的方法、设备和程序产品。在一种方法中，根据确定存储系统中的第一组存储设备中出现故障存储设备，确定故障存储设备所涉及的故障条带，第一组存储设备是第一独立磁盘冗余阵列中的存储设备。确定第一组存储设备中的可用于重建故障条带的空闲空间。根据确定空闲空间不足以重建故障条带，将故障条带重建至存储系统中的第二组存储设备，第二组存储设备是第二独立磁盘冗余阵列中的存储设备。在第一组存储设备中释放故障条带中的区块。提供了相应的电子设备和计算机程序产品。利用上述实现，可以尽快重建故障条带以避免数据丢失，进一步，可以在第一组存储设备提供更多的空闲空间以便用于未来的重建。

Description

用于管理存储系统中的条带的方法、设备和程序产品
技术领域
本公开的各实现方式涉及存储管理，更具体地，涉及用于管理存储系统中的条带的方法、设备和计算机程序产品。
背景技术
随着数据存储技术的发展，各种数据存储设备已经能够向用户提供越来越高的数据存储能力，并且数据访问速度也有了很大程度的提高。在提高数据存储能力的同时，用户对于数据可靠性和存储系统的响应时间也提供了越来越高的需求。目前，已经开发出了基于冗余磁盘阵列(Redundant Array of Independent Disks，RAID)的多种数据存储系统来提高数据的可靠性。当存储系统中的一个或者多个存储设备出现故障时，可以从其他正常操作的存储设备上的数据来恢复出故障存储设备中的数据。
目前已经开发出了映射独立磁盘冗余阵列(Mapped RAID)。在该映射RAID中，存储设备是一个逻辑概念并且可以包括多个区块(extent)。一个逻辑存储设备中包括的多个区块可以分布在资源池中的不同物理存储设备上。对于映射RAID的一个条带中的多个区块而言，该多个区块应当分布在不同的物理存储设备上，以便当该多个区块中的一个区块所在的物理存储设备出现故障时，可以执行重建操作以便从其他区块所在的物理存储设备中恢复数据。
将会理解，为了确保在资源池中存储设备出现故障时，能够迅速地将故障存储设备中的数据重建至资源池中的空闲存储空间，通常需要在资源池中的各个存储设备中设置预留的空闲部分。然而，在存储系统的运行期间，预留的空闲部分可能会被耗尽。这将会导致当存储系统中出现故障存储设备时，无法执行重建操作。此时，如何以更为有效的方式来管理存储设备中的故障条带，成为一个研究热点。
发明内容
因而，期望能够开发并实现一种以更为有效的方式来管理存储系统的技术方案。期望该技术方案能够与现有的存储系统相兼容，并且通过改造现有存储系统的各种配置，来以更为有效的方式管理存储系统中的故障条带。
根据本公开的第一方面，提供了一种用于管理存储系统中的条带的方法。在该方法中，根据确定存储系统中的第一组存储设备中出现故障存储设备，确定故障存储设备所涉及的故障条带，第一组存储设备是第一独立磁盘冗余阵列中的存储设备。确定第一组存储设备中的可用于重建故障条带的空闲空间。根据确定空闲空间不足以重建故障条带，将故障条带重建至存储系统中的第二组存储设备，第二组存储设备是第二独立磁盘冗余阵列中的存储设备。在第一组存储设备中释放故障条带中的区块。
根据本公开的第二方面，提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与至少一个处理器耦合的存储器，存储器具有存储于其中的指令，指令在被至少一个处理器执行时使得电子设备执行一种用于管理存储系统中的条带的动作。该动作包括：根据确定存储系统中的第一组存储设备中出现故障存储设备，确定故障存储设备所涉及的故障条带，第一组存储设备是第一独立磁盘冗余阵列中的存储设备；确定第一组存储设备中的可用于重建故障条带的空闲空间；根据确定空闲空间不足以重建故障条带，将故障条带重建至存储系统中的第二组存储设备，第二组存储设备是第二独立磁盘冗余阵列中的存储设备；以及在第一组存储设备中释放故障条带中的区块。
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。
附图说明
结合附图并参考以下详细说明，本公开各实现方式的特征、优点及其他方面将变得更加明显，在此以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实现方式。在附图中：
图1A和1B分别示意性示出了其中可以实现本公开的实现方式的存储系统的框图；
图2示意性示出了其中可以实现本公开的实现方式的示例性环境的框图；
图3示意性示出了图2中的存储资源池的图示；
图4示意性示出了其中可以实现本公开的实现方式的用于管理存储系统中的条带的过程的框图；
图5示意性示出了根据本公开的一个实现方式的用于管理存储系统中的条带的方法的流程图；
图6A示意性示出了根据本公开的一个实现方式的第一组存储设备的与元数据相关联的地址映射的框图；
图6B示意性示出了根据本公开的一个实现方式的用于重建元数据条带的过程的框图；
图6C示意性示出了根据本公开的一个实现方式的重建后的地址映射的框图；
图7A示意性示出了根据本公开的一个实现方式的第一组存储设备的与用户数据相关联的地址映射的框图；
图7B示意性示出了根据本公开的一个实现方式的用于重建用户数据条带的过程的框图；
图7C示意性示出了根据本公开的一个实现方式的重建后的地址映射的框图；
图8示意性示出了根据本公开的一个实现方式的用于释放故障条带的过程的框图；
图9示意性示出了根据本公开的一个实现方式的用于从第二组存储设备向第一组存储设备迁移被重建的重建条带的过程的框图；以及
图10示意性示出了根据本公开的示例性实现的用于管理存储系统中的条带的设备的框图。
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现。虽然附图中显示了本公开的优选实现，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现所限制。相反，提供这些实现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“一个示例实现”和“一个实现”表示“至少一个示例实现”。术语“另一实现”表示“至少一个另外的实现”。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。
在本公开的上下文中，存储系统可以是基于RAID的存储系统。基于RAID的存储系统可以将多个存储设备组合起来，成为一个磁盘阵列。通过提供冗余的存储设备，可以使得整个磁盘组的可靠性大大超过单一的存储设备。RAID可以提供优于单一的存储设备的各种优势，例如，增强数据整合度，增强容错功能，增加吞吐量或容量，等等。RAID存在多个标准，例如RAID-1，RAID-2，RAID-3，RAID-4，RAID-5，RAID-6，RAID-10，RAID-50等等。
图1A示意性示出了其中可以实现本公开的方法的存储系统100A的示意图。在图1A所示的存储系统中，以包括五个独立存储设备(110、112、114、116以及118)的RAID-5(4D+1P，其中4D表示存储系统中包括四个存储设备来用于存储数据，1P表示存储系统中包括一个存储设备来用于存储P校验)阵列为示例，来说明RAID的工作原理。应当注意，尽管图1A中示意性示出了五个存储设备，在其他的实现方式中，根据RAID的等级不同，还可以包括更多或者更少的存储设备。尽管图1A中示出了条带120、122、124、…、126，在其他的示例中，RAID系统还可以包括不同数量的条带。
在RAID中，条带可以跨越多个物理存储设备(例如，条带120跨越存储设备110、112、114、116以及118)。可以简单地将条带理解为多个存储设备中的满足一定地址范围的存储区域。在条带120中存储的数据包括多个部分：存储在存储设备110上的数据块D00、存储在存储设备112上的数据块D01、存储在存储设备114上的数据块D02、存储在存储设备116上的数据块D03、以及存储在存储设备118上的数据块P0。在此示例中，数据块D00、D01、D02、以及D03是被存储的数据，而数据块P0是被存储数据的P校验。
在其他条带122和124中存储数据的方式也类似于条带120，不同之处在于，有关其他数据块的校验可以存储在不同于存储设备118的存储设备上。以此方式，当多个存储设备110、112、114、116以及118中的一个存储设备出现故障时，可以从其他的正常的存储设备中恢复出故障设备中的数据。
图1B示意性示出了存储系统110A的重建过程的示意图100B。如图1B所示，当一个存储设备(例如，以阴影示出的存储设备116)出现故障时，可以从其余的正常操作的多个存储设备110、112、114、118中恢复数据。此时，可以向RAID中加入新的后备存储设备118B来替代存储设备118，以此方式，可以将恢复的数据写入118B并实现系统的重建。
应当注意，尽管在上文中参见图1A和图1B描述了包括5个存储设备(其中4个存储设备用于存储数据，1个存储设备用于存储校验)的RAID-5的存储系统，根据其他RAID等级的定义，还可以存在包括其他数量的存储设备的存储系统。例如，基于RAID-6的定义，可以利用两个存储设备来分别存储校验P和Q。又例如，基于三重校验RAID的定义，可以利用三个存储设备来分别存储校验P、Q和R。
随着分布式存储技术的发展，图1A和1B所示的存储系统中的各个存储设备110、112、114、116以及118可以不再局限于物理存储设备，而是可以是虚拟存储设备。例如，存储设备110上的各个区块可以分别来自于资源池中的不同的物理存储设备(在下文中将简称为存储设备)。图2示意性示出了其中可以实现本公开的方法的示例性环境的框图200。如图2所示，存储资源池270可以包括多个物理存储设备210、220、230、240、250、…、260。此时，该多个存储设备中的存储空间可以被分配给多个用户存储系统290、…、292。此时，用户存储系统290、…、292可以经由网络280来访问存储资源池270中的各个存储设备中的存储空间。
图3示意性示出了如图2所示的存储资源池270的更多信息的图示。资源池270可以包括多个存储设备210、220、230、240、250、…、260。每个存储设备可以包括多个区块，其中图例320表示空闲的区块，图例322表示用于图1中的存储系统110A的RAID条带1的区块，图例324所示表示用于图1中的存储系统110A的RAID条带2的区块。此时，用于RAID条带1的区块D11、D22、D33、D44分别用于存储该条带的数据块，而区块D55用于存储数据的校验。用于RAID条带2的区块D01、D12、D23、D34分别用于存储第二条带的数据块，而区块D45用于存储数据的校验。
如图3中所示，地址映射330示出了条带与条带中的区块所在地址之间的关联关系。例如，RAID条带1可以包括5个区块：D11、D22、D33、D44和D55，这5个区块分别位于存储设备210、220、230、240和250。具体地如图3所示，区块D11是存储设备220中的第一个区块，区块D22是存储设备230中的第二个区块。如图3所示，在各个存储设备中还可以存在预留的空闲部分310，以便用于在资源池中的一个存储设备出现故障时，可以选择各个存储设备中的空闲部分310中的区块，来重建故障存储设备中的各个区块。
应当注意，图3仅以4D+1P的RAID-5存储系统为示例示出了各个条带中的区块如何分布在资源池的多个存储系统中。当采用基于其他RAID等级时，本领域技术人员可以基于上文的原理来实现具体细节。例如，在6D+1P+1Q的RAID-6存储系统中，每个条带中的8个区块可以分布在多个存储设备上，进而保证多个存储设备的负载均衡。为方便描述起见，在下文中，将仅以4D+1P的存储系统作为具体示例来描述如何管理存储系统中的条带。当存储系统具有其他RAID等级时，可以以类似的方法来管理存储系统中的条带。
将会理解，为了确保在存储系统出现故障时能够及时将故障存储设备中的区块中的数据恢复至正常存储设备中，可以在各个存储设备中设置预留的空闲部分310。然而，随着存储系统的运行，预留的空闲部分310可能会被耗尽，这导致在存储系统中不存在空闲空间时，不能执行数据重建。此时，当存储系统中出现更多故障存储设备时，将会导致不可恢复的数据丢失。
为了解决上述缺陷，本公开的实现方式提供了一种用于管理存储系统中的条带的方法、设备和计算机程序产品。在下文中，参见图4描述根据本公开的示例性实现方式的概要。图4示意性示出了其中可以实现本公开的实现方式的用于管理存储系统中的条带的过程的框图400。将会理解，出于管理复杂度考虑，可以将资源池中的多个存储设备划分为多个分组。例如，第一组存储设备410可以包括存储设备210、220、230、……、以及240，第二组存储设备420可以包括存储设备250、……、以及260。在此一组存储设备可以用于构建一个独立磁盘冗余阵列。可以限制每组存储设备中的设备数量，并且一组存储设备中的设备数量的最大值通常被设置为25。
如图4所示，附图标记412和422分别示出了第一组存储设备410和第二组存储设备420中的预留的空闲部分。随着存储系统的运行，第一组存储设备410中的空闲部分412可能会被耗尽。此时当存储设备240出现故障时不能执行重建操作。
根据本公开的示例性实现方式，提出了利用另一组存储设备中的空闲空间来作为故障条带430的重建目的地。如图4所示，可以利用第二组存储设备420中的空闲空间来作为重建目的地。例如，可以分别从第二组存储设备250、……、以及260中选择空闲空间432，来执行重建。将会理解，尽管图4中示出示的空闲空间432位于预留的空闲部分422以外，根据本公开的示例性实现方式，可以从空闲部分422中选择空闲空间432来作为重建目的地。具体地，如箭头434所示，可以将故障条带430中的数据重建至空闲空间432。利用本公开的示例性实现方式，可以在第一组存储系统410中不存在空闲空间的情况下执行重建操作。以此方式，可以尽快重建故障条带430中的数据，以避免数据丢失。
进一步，在故障条带430中的数据已经被重建至空闲空间432之后，可以释放故障条带430所占用的区块。此时，第一组存储设备410中将会出现空闲空间，并且可以将这些空闲空间用于重建其他故障条带。相对于已有技术方案中需要立刻替换故障存储设备240而言，利用本公开的示例性实现方式，可以以更为方便并且有效的方式来快速解决第一组存储设备中空闲空间缺乏的问题，进而可以继续执行重建操作。
在下文中，将参见图5描述更多细节，该图5示意性示出了根据本公开的一个实现方式的用于管理存储系统的方法500的流程图。在框510处，根据确定存储系统中的第一组存储设备410中出现故障存储设备240，确定故障存储设备240所涉及的故障条带430。在此，第一组存储设备410是第一独立磁盘冗余阵列中的存储设备。
根据本公开的示例性实现方式，可以基于故障存储设备240中所包括的区块的类型，来确定故障条带430。将会理解，存储系统可以包括两种类型的条带：用户数据类型和元数据类型。在此，用户数据类型表示条带中存储来自存储系统的用户的用户数据。出于安全性考虑，可以采用4D+1P的方式或者其他方式来存储用户数据。元数据类型表示在条带中存储用户数据的元数据。将会理解，元数据可以包括有关用户数据的属性信息，例如，类型、所有者、创建时间等等。因而，可以以更为安全并且可靠的方式来存储元数据，例如，可以基于1D+1D+1D的方式来存储元数据。此时，将存在元数据的3个相同的副本，以便提供更高的安全性和可靠性。
根据本公开的示例性实现方式，由于元数据具有更高的重要性，因而可以优先重建存储元数据的故障条带。具体地，可以在故障存储设备240的多个区块中查找元数据类型的元数据区块，并且将元数据区块所在的条带标识为故障条带430。根据本公开的示例性实现方式，可以遍历故障存储设备240中的每个区块并且确定区块的类型，以便找到元数据类型的全部元数据区块。备选地和/或附加地，还可以在第一组存储设备410的地址映射中查找存储元数据的元数据条带，并且将涉及故障存储设备240的元数据条带标识为故障条带430。
利用本公开的示例性实现方式，可以首先将找到的存储元数据的故障条带430重建至第二组存储设备420中。以此方式，可以确保优先为元数据提供更多的保护，以便提高第一组存储设备410的整体数据安全性。
根据本公开的示例性实现方式，在已经找到故障存储设备240中的全部元数据之后，可以处理用户数据。具体地，可以在故障存储设备240的多个区块中查找用户数据类型的用户数据区块，并且将用户数据区块所在的条带标识为故障条带430。利用本公开的示例性实现方式，可以按照数据重要性从高到低的顺序，依次找到故障存储设备240中的全部故障条带。
在框520处，确定第一组存储设备中的可用于重建故障条带的空闲空间。将会理解，基于RAID的原理可知，用作重建目的地的区块应当位于不同于故障条带所涉及的任何存储设备。因而在确定空闲区块时，应当确保空闲区块不能位于故障条带所涉及的任何存储设备。
将会理解，不同类型的存储设备可以具有不同的访问速度，并且第一组存储设备410可以包括不同类型的存储设备。例如，设备类型可以包括硬盘驱动(hard disk drive)类型和固态驱动(solid-state drive)类型等。在构建条带时，一个条带中的全部存储设备应当具有相同的设备类型。因而，在确定用作重建目的地的空闲空间时，也应当考虑存储设备的类型。
具体地，可以确定故障条带所在的多个存储设备的设备类型。假设故障存储设备240的类型为固态驱动类型，则在第一组存储设备410中，可以从多个存储设备以外的具有固态驱动类型的其他多个存储设备中，确定空闲空间。换言之，在此确定的空闲空间应当满足两个条件：(1)空闲空间所在设备的设备类型应当与故障条带的设备类型相同；(2)空闲空间所在设备应当不同于故障条带所涉及的任一存储设备。利用本公开的示例性实现方式，通过寻找具有相同存储类型的存储设备，可以确保找到的重建目的地匹配于待重建的故障条带430的原始设备类型。以此方式，可以确保重建的条带与原始条带的一致性。
继续参见图5，在框530处，根据确定空闲空间不足以重建故障条带430，将故障条带430重建至存储系统中的第二组存储设备420。在此，第二组存储设备420是第二独立磁盘冗余阵列中的存储设备。具体地，可以首先从第二组存储设备420中选择具有指定设备类型的多个存储设备。可以根据故障条带的宽度来选择具有该设备类型的多个存储设备。如果故障条带是基于4D+1P方式存储，可以从第二组存储设备420中选择设备类型为固态驱动的5个存储设备，来作为重建目的地。利用本公开的示例性实现方式，可以确保重建的条带与原始条带的一致性。
继而，可以将故障条带重建至分别位于选择的多个存储设备中的多个空闲区块，并且基于多个空闲区块的地址来更新第一组存储设备410的地址映射。在下文中，将分别参见图6A至图6C描述如何重建元数据类型的故障条带430。图6A示意性示出了根据本公开的一个实现方式的第一组存储设备410的与元数据相关联的地址映射的框图600A。
如图6A所示，地址映射610A记录了元数据类型的条带的地址映射关系。具体地，“X：Y：Z”分别表示条带中的区块的位置：第X组存储设备、第Y个存储设备、以及第Z个区块。例如，第1个区块的地址为“1：3：1”，表示第1个区块位于第1组存储设备中的第3个存储设备中的第1个区块。类似地，“1：4：5”表示第2个区块位于第1组存储设备中的第4个存储设备中的第5个区块。
当第一组存储设备410中的第5个存储设备出现故障时，则条带中的第3个区块被标识为故障区块430。此时，根据条带的宽度(元数据条带的宽度为3)，需要从第二组存储设备420中选择分别位于3个存储设备中的3个区块。图6B示意性示出了根据本公开的一个实现方式的用于重建元数据条带的过程的框图600B。参见图6B，可以从第二组存储设备420中选择区块610B、612B以及614B来作为重建目的地。
在重建操作期间，可以首先拷贝故障条带430中的未出现故障的区块。具体地，可以将故障条带430中的故障区块以外的多个区块中的数据分别拷贝至分别位于多个存储设备中的第一部分存储设备中的多个空闲区块(例如，区块610B和612B)。为了重建故障区块430中的数据，基于第一部分存储设备中的被拷贝的数据，可以将故障区块中的数据重建至多个存储设备中的第二部分存储设备中的空闲区块。元数据条带是基于1D+1D+1D方式存储，可以基于区块610B和612B中的数据，执行拷贝操作620B来将故障区块中的数据重建至区块614B中。
在已经执行重建操作之后，可以利用重建条带中的各个区块的地址来更新第一组存储设备410的地址映射，以形成更新后的地址映射。图6C示意性示出了根据本公开的一个实现方式的重建后的地址映射的框图600C。假设区块610B、612B和614B的地址分别为“2：3：1”、“2：4：5”以及“2：5：2”，更新后的地址映射如图6C中的地址映射610C所示。
利用本公开的示例性实现方式，可以利用第二组存储设备420中的重建条带来替换第一组存储设备410中的故障条带430。当数据访问请求需要访问故障条带430中的数据时，基于更新的地址映射610C，可以将该访问请求引导至第二组存储设备420中的重建条带。以此方式，可以确保数据访问请求的正常执行。
在下文中，将分别参见图7A至图7C描述如何重建用户数据类型的故障条带。图7A示意性示出了根据本公开的一个实现方式的第一组存储设备410的与用户数据相关联的地址映射710A的框图700A。当第一组存储设备410中的第5个存储设备出现故障时，则条带中的第5个区块被标识为故障区块。根据条带的宽度(用户数据条带的宽度为5)，需要从第二组存储设备420中选择分别位于5个存储设备中的5个区块。图7B示意性示出了根据本公开的一个实现方式的用于重建用户数据条带的过程的框图700B。参见图7B，可以从第二组存储设备420中选择区块710B、712B、714B、716B、以及718B，来作为重建目的地。
在重建操作期间，可以首先拷贝故障条带中的未出现故障的区块。具体地，可以将故障区块以外的4个区块中的数据分别拷贝至区块710B、712B、714B、以及716B。用户数据条带是基于4D+1P方式存储，可以基于区块710B、712B、714B、以及716B中的数据，执行异或操作720B来将故障区块中的数据重建至区块718B中。
在已经执行重建操作之后，可以利用重建条带中的各个区块的位置来更新第一组存储设备410的地址映射，以形成更新后的地址映射。图7C示意性示出了根据本公开的一个实现方式的重建后的地址映射的框图700C，并且更新后的地址映射如图7C中的地址映射710C所示。
上文已经参见图6A至图6C以及图7A至图7C描述了如何执行重建操作。在下文中，将返回图5描述重建操作之后的进一步处理。在图5中的框540处，在第一组存储设备410中释放故障条带中的区块。将会理解，第一组存储设备410的地址映射记录了各个存储设备中的区块是否被分配以及被分配给哪个条带。可以更新第一组存储设备410的地址映射，以将故障条带430中的区块标记为空闲区块。通过更新地址映射，可以将已经被重建至第二组存储设备420中的故障条带430中的区块标记为可用。以此方式，可以将这些区块用于重建其他故障条带。
具体地，参见图8描述释放故障条带430的过程。该图8示意性示出了根据本公开的一个实现方式的用于释放故障条带的过程的框图800。如图8所示，通过更新地址映射，原本由故障条带所占用的存储空间已经被标记为空闲空间810。此时，该空闲空间810跨越存储设备230、……、以及240，尽管此时存储设备240仍然处于故障状态，空闲空间810中的位于正常存储设备230等中的区块是可用的空闲空间。
根据本公开的示例性实现方式，可用将释放操作之后获得的空闲空间810来用于重建第一组存储设备410中的其他故障条带。根据本公开的示例性实现方式，可以在第一组存储设备410中确定另一故障条带820。此时，在第一组存储设备410中存在空闲空间810，并且空闲空间810足以重建故障条带820。可以利用空闲空间810中的空闲区块(例如，位于存储设备230中的空闲区块)，来作为故障条带820中的故障区块的重建目的地。
将会理解，在4D+1P的存储系统中，一个故障条带包括5个区块，除了位于故障存储设备240中的故障区块以外，可以释放4个正常空闲区块。因而，获得的4个空闲区块可以分别用于重建4个故障条带。当释放的空闲空间810被耗尽时，如果第一组存储设备410中还存在未被重建的故障区块，则可以再次执行上文描述的方法，以便将故障区块重建至第二组存储设备420。利用本公开的示例性实现方式，跨越不同组存储设备的重建操作既可以实现重建目的，又可以从空闲空间紧张的第一组存储设备410中释放存储空间。以此方式，可以有助于第一组存储设备410中的后续重建操作。
根据本公开的示例性实现方式，可以替换第一组存储设备410中的故障存储设备240。此时，第一组存储设备410已经恢复正常，并且可以将已经被重建至第二组存储设备420中的重建条带迁移回到第一组存储设备410中。具体地，图9示意性示出了根据本公开的一个实现方式的用于从第二组存储设备420向第一组存储设备410迁移被重建的条带的过程的框图900。如图9所示，故障存储设备240已经被正常存储设备910替换，此时可以在第二组存储设备420中查找从第一组存储设备410被重建的重建条带940。继而，如箭头930所示，可以将重建条带940中的数据从第二组存储设备420迁移回到第一组存储设备410。
可以基于已有的条带迁移方法来执行迁移过程。例如，可以从存储设备210、220、230、……、以及910中任意选择5个存储设备，并且分别从每个存储设备中选择一个空闲区块。继而，可以将重建条带940中的各个区块中的数据分别拷贝至选择的各个空闲区块中，以形成条带920。在迁移操作结束之后，可以释放重建条带940中的各个区块。将会理解，由于用户的大部分数据都位于第一组存储设备410中，并且跨越分组来访问重建条带940中的数据可能会造成一定延迟。将重建条带940迁移回到第一组存储设备410中(如箭头930所示)，可以确保用户的数据集中存储在第一组存储设备410中，并且提高数据访问效率。
将会理解，上文仅示意性示出了存储系统包括第一组存储设备410和第二组存储设备420的情况。根据本公开的示例性实现方式，存储系统可以包括更多组存储设备。假设存储系统包括4组存储设备，当在第一组存储设备中空闲空间不足时，可以将第一组存储设备410中的故障条带重建至第二组、第三组、第四组存储设备中的任意一组存储设备中。利用本公开的示例性实现方式，可以在各组存储设备之间共享应用系统中的空闲空间，进而提高存储系统的整体运行效率。
将会理解，上文仅示意性示出了在4D+1P的RAID存储系统中的操作。根据本公开的示例性实现方式，还可以在其他等级的RAID中执行上文描述的方法。例如，在4D+1P+1Q的RAID存储系统中，最多可以允许两个存储设备出现故障。当一个或者两个存储设备出现故障时，都可以使用上文描述的管理方法。类似地，还可以在三重校验的存储系统中使用上文描述的管理方法。
在上文中已经参见图2至图9详细描述了根据本公开的方法的示例，在下文中将描述相应的设备的实现。根据本公开的示例性实现，提供了一种用于管理存储系统中的条带的装置。该装置包括，故障条带确定模块，配置用于根据确定存储系统中的第一组存储设备中出现故障存储设备，确定故障存储设备所涉及的故障条带，第一组存储设备是第一独立磁盘冗余阵列中的存储设备；空闲空间确定模块，配置用于确定第一组存储设备中的可用于重建故障条带的空闲空间；重建模块，配置用于根据确定空闲空间不足以重建故障条带，将故障条带重建至存储系统中的第二组存储设备，第二组存储设备是第二独立磁盘冗余阵列中的存储设备；以及释放模块，配置用于在第一组存储设备中释放故障条带中的区块。将会理解，在此的装置可以进一步包括配置用于实现上文描述的各个方法的步骤的更多模块，在本文中将不再赘述。
图10示意性示出了根据本公开的示例性实现的用于管理存储系统的设备1000的框图。如图所示，设备1000包括中央处理单元(CPU)1001，其可以根据存储在只读存储器(ROM)1002中的计算机程序指令或者从存储单元1008加载到随机访问存储器(RAM)1003中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 1003中，还可存储设备1000操作所需的各种程序和数据。CPU 1001、ROM 1002以及RAM 1003通过总线1004彼此相连。输入/输出(I/O)接口1005也连接至总线1004。
设备1000中的多个部件连接至I/O接口1005，包括：输入单元1006，例如键盘、鼠标等；输出单元1007，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元1008，例如磁盘、光盘等；以及通信单元1009，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元1009允许设备1000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500，可由处理单元1001执行。例如，在一些实现中，方法500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1008。在一些实现中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 1002和/或通信单元1009而被载入和/或安装到设备1000上。当计算机程序被加载到RAM 1003并由CPU 1001执行时，可以执行上文描述的方法500的一个或多个步骤。备选地，在其他实现中，CPU 1001也可以以其他任何适当的方式被配置以实现上述过程/方法。
根据本公开的示例性实现，提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与至少一个处理器耦合的存储器，存储器具有存储于其中的指令，指令在被至少一个处理器执行时使得电子设备执行一种用于管理存储系统中的条带的动作。该动作包括：根据确定存储系统中的第一组存储设备中出现故障存储设备，确定故障存储设备所涉及的故障条带，第一组存储设备是第一独立磁盘冗余阵列中的存储设备；确定第一组存储设备中的可用于重建故障条带的空闲空间；根据确定空闲空间不足以重建故障条带，将故障条带重建至存储系统中的第二组存储设备，第二组存储设备是第二独立磁盘冗余阵列中的存储设备；以及在第一组存储设备中释放故障条带中的区块。
根据本公开的示例性实现方式，确定故障条带包括：在故障存储设备中的多个区块中查找元数据类型的元数据区块；以及将元数据区块所在的条带标识为故障条带。
根据本公开的示例性实现方式，确定故障条带进一步包括：在故障存储设备中的多个区块中查找用户数据类型的用户数据区块；以及将用户数据区块所在的条带标识为故障条带。
根据本公开的示例性实现方式，查找用户数据区块包括：在故障条带中的全部元数据区块已经被找到之后，查找用户数据区块。
根据本公开的示例性实现方式，确定空闲空间包括：确定故障条带所在的多个存储设备的设备类型；以及在第一组存储设备中，从多个存储设备以外的具有设备类型的其他多个存储设备中，确定空闲空间。
根据本公开的示例性实现方式，将故障条带重建至第二组存储设备包括：在第二组存储设备中，根据故障条带的宽度选择具有设备类型的多个存储设备；将故障条带重建至分别位于选择的多个存储设备中的多个空闲区块；以及基于多个空闲区块的地址来更新第一组存储设备的地址映射。
根据本公开的示例性实现方式，将故障条带重建至多个空闲区块包括：将故障条带中的故障区块以外的多个区块中的数据分别拷贝至分别位于多个存储设备中的第一部分存储设备中的多个空闲区块；以及基于第一部分存储设备中的被拷贝的数据，将故障区块中的数据重建至多个存储设备中的第二部分存储设备中的空闲区块。
根据本公开的示例性实现方式，释放故障条带中的区块包括：更新第一组存储设备的地址映射，以将故障条带中的区块标记为空闲区块。
根据本公开的示例性实现方式，该动作进一步包括：在第一组存储设备中确定另一故障条带；确定第一组存储设备中的可用于重建另一故障条带的空闲空间；根据确定空闲空间足以重建另一故障条带，将另一故障条带中的故障区块重建至空闲空间中的空闲区块。
根据本公开的示例性实现方式，该动作进一步包括：响应于确定故障存储设备被正常存储设备替换，在第二组存储设备中确定从第一组存储设备被重建的重建条带；以及将重建条带从第二组存储设备迁移至第一组存储设备。
根据本公开的示例性实现，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方法。
根据本公开的示例性实现，提供了一种计算机可读介质。计算机可读介质上存储有机器可执行指令，当机器可执行指令在被至少一个处理器执行时，使得至少一个处理器实现根据本公开方法。
本公开可以是方法、设备、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，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)。在一些实现中，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现的方法、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、专用计算机或其他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他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、其他可编程数据处理装置、或其他设备上，使得在计算机、其他可编程数据处理装置或其他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、其他可编程数据处理装置、或其他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现的系统、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，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现，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所公开的各实现。在不偏离所说明的各实现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现的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其他普通技术人员能理解本文公开的各实现。

Claims (20)

1.一种用于管理存储系统中的条带的方法，所述方法包括：
根据确定所述存储系统中的第一组存储设备中出现故障存储设备，确定所述故障存储设备所涉及的故障条带，所述第一组存储设备是第一独立磁盘冗余阵列中的存储设备；
确定所述第一组存储设备中的可用于重建所述故障条带的空闲空间；
根据确定所述空闲空间不足以重建所述故障条带，将所述故障条带重建至所述存储系统中的第二组存储设备，所述第二组存储设备是第二独立磁盘冗余阵列中的存储设备；以及
在所述第一组存储设备中释放所述故障条带中的区块。
2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述故障条带包括：
在所述故障存储设备中的多个区块中查找元数据类型的元数据区块；以及
将所述元数据区块所在的条带标识为所述故障条带。
3.根据权利要求2所述的方法，其中确定所述故障条带进一步包括：
在所述故障存储设备中的所述多个区块中查找用户数据类型的用户数据区块；以及
将所述用户数据区块所在的条带标识为所述故障条带。
4.根据权利要求3所述的方法，其中查找所述用户数据区块包括：
在所述故障条带中的全部元数据区块已经被找到之后，查找所述用户数据区块。
5.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述空闲空间包括：
确定所述故障条带所在的多个存储设备的设备类型；以及
在所述第一组存储设备中，从所述多个存储设备以外的具有所述设备类型的其他多个存储设备中，确定所述空闲空间。
6.根据权利要求5所述的方法，其中将所述故障条带重建至所述第二组存储设备包括：
在所述第二组存储设备中，根据所述故障条带的宽度选择具有所述设备类型的多个存储设备；
将所述故障条带重建至分别位于选择的所述多个存储设备中的多个空闲区块；以及
基于所述多个空闲区块的地址来更新所述第一组存储设备的地址映射。
7.根据权利要求6所述的方法，其中将所述故障条带重建至所述多个空闲区块包括：
将所述故障条带中的所述故障区块以外的多个区块中的数据分别拷贝至分别位于所述多个存储设备中的第一部分存储设备中的多个空闲区块；以及
基于所述第一部分存储设备中的被拷贝的数据，将所述故障区块中的数据重建至所述多个存储设备中的第二部分存储设备中的空闲区块。
8.根据权利要求1所述的方法，其中释放所述故障条带中的区块包括：更新所述第一组存储设备的地址映射，以将所述故障条带中的所述区块标记为空闲区块。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：
在所述第一组存储设备中确定另一故障条带；
确定所述第一组存储设备中的可用于重建所述另一故障条带的空闲空间；
根据确定所述空闲空间足以重建所述另一故障条带，将所述另一故障条带中的故障区块重建至所述空闲空间中的空闲区块。
10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
响应于确定所述故障存储设备被正常存储设备替换，在所述第二组存储设备中确定从第一组存储设备被重建的重建条带；以及
将所述重建条带从所述第二组存储设备迁移至所述第一组存储设备。
11.一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器耦合的存储器，所述存储器具有存储于其中的指令，所述指令在被所述至少一个处理器执行时使得所述电子设备执行一种用于管理存储系统中的条带的动作，所述动作包括：
根据确定所述存储系统中的第一组存储设备中出现故障存储设备，确定所述故障存储设备所涉及的故障条带，所述第一组存储设备是第一独立磁盘冗余阵列中的存储设备；
确定所述第一组存储设备中的可用于重建所述故障条带的空闲空间；
根据确定所述空闲空间不足以重建所述故障条带，将所述故障条带重建至所述存储系统中的第二组存储设备，所述第二组存储设备是第二独立磁盘冗余阵列中的存储设备；以及
在所述第一组存储设备中释放所述故障条带中的区块。
12.根据权利要求11所述的设备，其中确定所述故障条带包括：
在所述故障存储设备中的多个区块中查找元数据类型的元数据区块；以及
将所述元数据区块所在的条带标识为所述故障条带。
13.根据权利要求12所述的设备，其中确定所述故障条带进一步包括：
在所述故障存储设备中的所述多个区块中查找用户数据类型的用户数据区块；以及
将所述用户数据区块所在的条带标识为所述故障条带。
14.根据权利要求13所述的设备，其中查找所述用户数据区块包括：
在所述故障条带中的全部元数据区块已经被找到之后，查找所述用户数据区块。
15.根据权利要求11所述的设备，其中确定所述空闲空间包括：
确定所述故障条带所在的多个存储设备的设备类型；以及
在所述第一组存储设备中，从所述多个存储设备以外的具有所述设备类型的其他多个存储设备中，确定所述空闲空间。
16.根据权利要求15所述的设备，其中将所述故障条带重建至所述第二组存储设备包括：
在所述第二组存储设备中，根据所述故障条带的宽度选择具有所述设备类型的多个存储设备；
将所述故障条带重建至分别位于选择的所述多个存储设备中的多个空闲区块；以及
基于所述多个空闲区块的地址来更新所述第一组存储设备的地址映射。
17.根据权利要求16所述的设备，其中将所述故障条带重建至所述多个空闲区块包括：
将所述故障条带中的所述故障区块以外的多个区块中的数据分别拷贝至分别位于所述多个存储设备中的第一部分存储设备中的多个空闲区块；以及
基于所述第一部分存储设备中的被拷贝的数据，将所述故障区块中的数据重建至所述多个存储设备中的第二部分存储设备中的空闲区块。
18.根据权利要求11所述的设备，其中释放所述故障条带中的区块包括：更新所述第一组存储设备的地址映射，以将所述故障条带中的所述区块标记为空闲区块。
19.根据权利要求18所述的设备，所述动作进一步包括：
在所述第一组存储设备中确定另一故障条带；
确定所述第一组存储设备中的可用于重建所述另一故障条带的空闲空间；
根据确定所述空闲空间足以重建所述另一故障条带，将所述另一故障条带中的故障区块重建至所述空闲空间中的空闲区块。
20.一种计算机程序产品，所述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，所述机器可执行指令用于执行根据权利要求1-10中的任一项所述的方法。
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