CN115442388B - 用于分布式存储集群利用率100%的扩容方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种用于分布式存储集群利用率100%的扩容方法、装置及系统，在扩容方法中，针对存储节点被写满的情况，将扩容辅助存储空间分为移动缓存空间和高频查询空间，基于选择的数据均衡方案进行数据均衡，在数据均衡过程中，当存储节点因为使用率100%而不能申请到空间时，在移动缓存空间内申请临时的空间，将需要均衡的数据块迁移到临时空间，并记录数据迁移的来源节点及目的节点，在存储集群的元数据中记录数据块此时位于移动缓存空间中，通过移动缓存空间辅助数据块的移动，通过高频查询空间对外提供数据查询服务。本发明借助扩容辅助存储空间，在存储节点被写满的情况下依然能够实现存储集群的扩容操作。
Description
技术领域
本发明涉及分布式存储技术领域，特别是一种用于分布式存储集群利用率100%的扩容方法、装置及系统。
背景技术
为了节省成本，初期规划的分布式存储集群容量一般而言都会偏保守，无法应对随着时间推移而呈爆炸式增长的数据存储需求，因此集群扩容成为一种常见操作。
对于分布式存储集群，为了实现存储容量和性能随着集群规模的增长呈线性增长，存储数据需要在集群已有的存储空间和新扩容的存储空间之间重新均衡，也就是需要将已有的数据从老的存储空间迁移到新的存储空间上。现有的技术，必须在集群存储空间还没有写满的情况下就需要进行扩容。如果在集群空间已经完全写满的情况进行扩容，则会因为没有多余空间保存迁移的数据而导致数据不能进行均衡，进而会导致扩容失败。
如图1所示，存储集群中数据分散存储于存储集群的存储节点上，一个对象数据除存储原始数据外，还需要存储其校验数据，例如数据A，首先将数据A切分为两块A1、A2，同时根据A1、A2的内容计算EC校验数据A-checksum，最后将A1、A2、A-checksum数据分散存储于存储集群的不同节点上。当有新节点加入到存储集群中时，集群中的数据需要重新进行均衡，以使集群的性能和容量都同时得到提高。如图2所示，数据可能的均衡方式用箭头进行了示意，C1数据块可能从存储节点3迁移到扩容节点，C2数据块可能从存储节点4迁移到存储节点1，C-checksum数据块可能从存储节点1迁移到存储节点2，等等。现有的做法是为了保证集群可以扩容成功，存储集群必须预留一部分存储空间，当集群磁盘空间达到一定比例时(如95%)，就禁止新数据写入。否则存储节点空间被写满，则会因为有数据要迁移到本节点，但是不能申请到空间而迁移失败，致使整个扩容的流程失败。
发明内容
为了解决现有技术中在存储节点被写满的情况下无法进行存储集群扩容的技术问题，本发明提出的用于分布式存储集群利用率100%的扩容方法包括如下步骤：
S1、将存储精简标志设置为0，获取存储系统的运行参数；
S2、基于运行参数判断是否存在利用率为100%的存储节点，如果存在，进入S3，否则，进入S4；
S3、判断存储精简标志是否为1，如果为1，将存储精简标志设置为2，进入S4，否则，根据存储节点中数据块的特征对各个存储节点中的存储块进行精简，将存储精简标志设置为1，进入S2；
S4、根据应用场景选择数据均衡方案；
S5、判断存储精简标志是否为2，如果为2，进入S6，否则，进入S7；
S6、将扩容辅助存储空间分为移动缓存空间和高频查询空间，基于选择的数据均衡方案进行数据均衡，在数据均衡过程中，通过移动缓存空间辅助数据块的移动，通过高频查询空间对外提供数据查询服务，在均衡过程完成后，进入S8；
S7、将扩容辅助存储空间作为高频查询空间，基于选择的数据均衡方案进行数据均衡，在数据均衡过程中，通过高频查询空间对外提供数据查询服务，在均衡过程完成后，进入S8；
S8、结束扩容操作。
优选的，在所述步骤S1中，所述运行参数包括存储节点的个数、现有数据量、各个存储节点每天的日平均I/O访问时间、存储节点中各个数据块每天的I/O访问次数和存储节点中各个数据块的输入存储系统时间。
优选的，在所述步骤S3中，精简的具体过程为根据存储节点中各个数据块每天的I/O访问次数，计算存储节点中各个数据块的平均I/O访问次数，基于平均I/O访问次数由低到高进行排序，选择前30%的数据块作为备选数据，获取当前系统时间，分别将备选数据中各个数据块的输入存储系统时间与当前系统时间作差，判断备选数据中各个数据块是否达到数据过期时间，将所有达到数据过期时间的数据块组成待删除数据，反馈给存储系统，使得存储系统将相关数据块删除。
优选的，在所述步骤S4中，所述数据均衡方案具体包括响应速度优先方案和均衡优先方案。
优选的，在所述步骤S4中，所述响应速度优先方案中数据分配的过程包括：
S411、将存储节点分为快速响应存储节点和非快速响应存储节点，根据各个存储节点每天的日平均I/O访问时间计算各个存储节点的长期平均I/O访问时间，基于长期平均I/O访问时间从小到大进行排序，选取前40%的存储节点作为快速响应存储节点，将剩余的存储节点和新增加的扩容节点作为非快速响应存储节点；
S412、将数据块分为高频次数据块和非高频次数据块，将高频次数据块平均分配给快速响应存储节点，将非高频次数据块平均分配给非快速响应存储节点，计算存储节点中各个数据块的平均I/O访问次数，基于平均I/O访问次数由高到低进行排序，选择前30%的数据块作为高频次数据块，将剩余的数据块作为非高频次数据块。
优选的，在所述步骤S4中，所述均衡优先方案中数据分配的过程包括：
S421、将数据块分为高频次数据块和非高频次数据块，计算存储节点中各个数据块的平均I/O访问次数，基于平均I/O访问次数由高到低进行排序，选择前30%的数据块作为高频次数据块，将剩余的数据块作为非高频次数据块；
S422、先将高频次数据块平均分配给各个存储节点，再将非高频次数据块平均分配给各个存储节点。
优选的，在所述步骤S6中，将高频次数据块存入高频查询空间，以对外界提供数据查询服务，在均衡过程中禁止外部设备对存储节点进行读写操作，按照选择的数据均衡方案进行数据块移动，当存储节点因为使用率100%而不能申请到空间时，在移动缓存空间内申请临时的空间，将需要均衡的数据块迁移到临时空间，并记录数据迁移的来源节点及目的节点，在存储集群的元数据中记录数据块此时位于移动缓存空间中。
优选的，在所述步骤S7中，将高频次数据块存入高频查询空间，以对外界提供数据查询服务，在均衡过程中禁止外部设备对存储节点进行读写操作，按照选择的数据均衡方案进行数据块移动。
本发明提出的用于分布式存储集群利用率100%的扩容装置包括处理器、辅助扩容存储器、运算存储器和网络通讯模块，所述辅助扩容存储器用于提供扩容辅助存储空间，所述运算存储器中存储有计算机程序，所述网络通讯模块能够与外界设备进行网络通讯，可以对外提供数据读写服务，所述处理器通过执行所述计算机程序能够实现上述扩容方法。
本发明提出的用于分布式存储集群利用率100%的扩容系统包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器通过执行所述计算机程序能够实现上述扩容方法。
相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：
借助扩容辅助存储空间，在存储节点被写满的情况下依然能够实现存储集群的扩容操作，并且，扩容辅助存储空间能够在数据均衡过程中为用户提供有限的查询服务，保证服务的延续性。
附图说明
图1是现有技术中分布式存储集群的示意图；
图2是现有技术中分布式存储集群扩容时的数据平衡示意图；
图3是本发明扩容方法的流程图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图3所示，用于分布式存储集群利用率100%的扩容方法具体包括如下步骤：
S1、将存储精简标志设置为0，获取存储系统的运行参数，运行参数包括存储节点的个数、现有数据量、各个存储节点每天的日平均I/O访问时间、存储节点中各个数据块每天的I/O访问次数和存储节点中各个数据块的输入存储系统时间。
S2、基于运行参数判断是否存在利用率为100%的存储节点，如果存在，进入S3，否则，进入S4，具体地，根据存储节点的个数和现有数据量进行判断。
S3、判断存储精简标志是否为1，如果为1，将存储精简标志设置为2，进入S4，否则，根据存储节点中数据块的特征对各个存储节点中的存储块进行精简，将存储精简标志设置为1，进入S2，精简的具体过程为根据存储节点中各个数据块每天的I/O访问次数，计算存储节点中各个数据块的平均I/O访问次数，基于平均I/O访问次数由低到高进行排序，选择前30%的数据块作为备选数据，获取当前系统时间，分别将备选数据中各个数据块的输入存储系统时间与当前系统时间作差，判断备选数据中各个数据块是否达到数据过期时间，将所有达到数据过期时间的数据块组成待删除数据，反馈给存储系统，使得存储系统将相关数据块删除。
S4、根据应用场景选择数据均衡方案，数据均衡方案具体包括响应速度优先方案和均衡优先方案。响应速度优先方案优先保证用户进行I/O操作的响应速度，数据分配的过程包括：S411、将存储节点分为快速响应存储节点和非快速响应存储节点，根据各个存储节点每天的日平均I/O访问时间计算各个存储节点的长期平均I/O访问时间，基于长期平均I/O访问时间从小到大进行排序，选取前40%的存储节点作为快速响应存储节点，将剩余的存储节点和新增加的扩容节点作为非快速响应存储节点；S412、将数据块分为高频次数据块和非高频次数据块，将高频次数据块平均分配给快速响应存储节点，将非高频次数据块平均分配给非快速响应存储节点，计算存储节点中各个数据块的平均I/O访问次数，基于平均I/O访问次数由高到低进行排序，选择前30%的数据块作为高频次数据块，将剩余的数据块作为非高频次数据块。均衡优先方案优先保证数据分布的均衡性，数据分配的过程包括：S421、将数据块分为高频次数据块和非高频次数据块，计算存储节点中各个数据块的平均I/O访问次数，基于平均I/O访问次数由高到低进行排序，选择前30%的数据块作为高频次数据块，将剩余的数据块作为非高频次数据块；S422、先将高频次数据块平均分配给各个存储节点，再将非高频次数据块平均分配给各个存储节点。如果应用场景中用户很关注响应速度，可以选择响应速度优先方案，如果应用场景中更关注设备的成本和寿命，可以选择均衡优先方案。
S5、判断存储精简标志是否为2，如果为2，进入S6，否则，进入S7。
S6、将扩容辅助存储空间分为移动缓存空间和高频查询空间，基于选择的数据均衡方案进行数据均衡，在数据均衡过程中，通过移动缓存空间辅助数据块的移动，通过高频查询空间对外提供数据查询服务，在均衡过程完成后，进入S8。具体地，将高频次数据块存入高频查询空间，以对外界提供数据查询服务，在均衡过程中禁止外部设备对存储节点进行读写操作，按照选择的数据均衡方案进行数据块移动，当存储节点因为使用率100%而不能申请到空间时，在移动缓存空间内申请临时的空间，将需要均衡的数据块迁移到临时空间，并记录数据迁移的来源节点及目的节点，记为(S,D)，其中S为来源存储节点，D为目的存储节点，在存储集群的元数据中记录数据块此时位于移动缓存空间中，当移动缓存空间的使用率达到使用阈值（例如90%）时，将移动缓存空间中临时存储的数据块写入目的存储节点，当均衡过程完成后，移动缓存空间中的数据块会全部迁移到目的存储节点。计算存储节点中各个数据块的平均I/O访问次数，基于平均I/O访问次数由高到低进行排序，选择前10%的数据块作为高频次数据块，高频查询空间中的高频次数据块能够为用户提供有限的查询服务，能够在数据均衡的过程中保证服务的延续性。
S7、将扩容辅助存储空间作为高频查询空间，基于选择的数据均衡方案进行数据均衡，在数据均衡过程中，通过高频查询空间对外提供数据查询服务，在均衡过程完成后，进入S8。具体地，将高频次数据块存入高频查询空间，以对外界提供数据查询服务，在均衡过程中禁止外部设备对存储节点进行读写操作，按照选择的数据均衡方案进行数据块移动，计算存储节点中各个数据块的平均I/O访问次数，基于平均I/O访问次数由高到低进行排序，选择前20%的数据块作为高频次数据块，高频查询空间中的高频次数据块能够为用户提供有限的查询服务，能够在数据均衡的过程中保证服务的延续性。
S8、结束扩容操作。
用于分布式存储集群利用率100%的扩容装置包括处理器、辅助扩容存储器、运算存储器和网络通讯模块，辅助扩容存储器用于提供扩容辅助存储空间，运算存储器中存储有计算机程序，网络通讯模块能够与外界设备进行网络通讯，可以对外提供数据读写服务，处理器通过执行计算机程序能够实现上述扩容方法。
用于分布式存储集群利用率100%的扩容系统包括处理器和存储器，存储器中存储有计算机程序，处理器通过执行计算机程序能够实现上述扩容方法。
与现有技术相比，本发明具有如下优势：
借助扩容辅助存储空间，在存储节点被写满的情况下依然能够实现存储集群的扩容操作，并且，扩容辅助存储空间能够在数据均衡过程中为用户提供有限的查询服务，保证服务的延续性。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围。应当指出，对于本技术领域的技术人员，在不脱离本发明设计结构及原理的前提下对本发明方案所作的等同变化都视作本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种用于分布式存储集群利用率100%的扩容方法，其特征在于,所述扩容方法包括如下步骤：
S1、将存储精简标志设置为0，获取存储系统的运行参数；
S2、基于运行参数判断是否存在利用率为100%的存储节点，如果存在，进入S3，否则，进入S4；
S3、判断存储精简标志是否为1，如果为1，将存储精简标志设置为2，进入S4，否则，根据存储节点中数据块的特征对各个存储节点中的存储块进行精简，将存储精简标志设置为1，进入S2，精简的具体过程为根据存储节点中各个数据块每天的I/O访问次数，计算存储节点中各个数据块的平均I/O访问次数，基于平均I/O访问次数由低到高进行排序，选择前30%的数据块作为备选数据，获取当前系统时间，分别将备选数据中各个数据块的输入存储系统时间与当前系统时间作差，判断备选数据中各个数据块是否达到数据过期时间，将所有达到数据过期时间的数据块组成待删除数据，反馈给存储系统，使得存储系统将相关数据块删除；
S4、根据应用场景选择数据均衡方案，所述数据均衡方案具体包括响应速度优先方案和均衡优先方案；
所述响应速度优先方案中数据分配的过程包括：
S411、将存储节点分为快速响应存储节点和非快速响应存储节点，根据各个存储节点每天的日平均I/O访问时间计算各个存储节点的长期平均I/O访问时间，基于长期平均I/O访问时间从小到大进行排序，选取前40%的存储节点作为快速响应存储节点，将剩余的存储节点和新增加的扩容节点作为非快速响应存储节点；
S412、将数据块分为高频次数据块和非高频次数据块，将高频次数据块平均分配给快速响应存储节点，将非高频次数据块平均分配给非快速响应存储节点，计算存储节点中各个数据块的平均I/O访问次数，基于平均I/O访问次数由高到低进行排序，选择前30%的数据块作为高频次数据块，将剩余的数据块作为非高频次数据块；
所述均衡优先方案中数据分配的过程包括：
S421、将数据块分为高频次数据块和非高频次数据块，计算存储节点中各个数据块的平均I/O访问次数，基于平均I/O访问次数由高到低进行排序，选择前30%的数据块作为高频次数据块，将剩余的数据块作为非高频次数据块；
S422、先将高频次数据块平均分配给各个存储节点，再将非高频次数据块平均分配给各个存储节点；
S5、判断存储精简标志是否为2，如果为2，进入S6，否则，进入S7；
S6、将扩容辅助存储空间分为移动缓存空间和高频查询空间，基于选择的数据均衡方案进行数据均衡，在数据均衡过程中，通过移动缓存空间辅助数据块的移动，通过高频查询空间对外提供数据查询服务，在均衡过程完成后，进入S8；
S7、将扩容辅助存储空间作为高频查询空间，基于选择的数据均衡方案进行数据均衡，在数据均衡过程中，通过高频查询空间对外提供数据查询服务，在均衡过程完成后，进入S8；
S8、结束扩容操作。
2.根据权利要求1所述的扩容方法，其特征在于，在所述S1中，所述运行参数包括存储节点的个数、现有数据量、各个存储节点每天的日平均I/O访问时间、存储节点中各个数据块每天的I/O访问次数和存储节点中各个数据块的输入存储系统时间。
3.根据权利要求2所述的扩容方法，其特征在于，在所述S6中，将高频次数据块存入高频查询空间，以对外界提供数据查询服务，在均衡过程中禁止外部设备对存储节点进行读写操作，按照选择的数据均衡方案进行数据块移动，当存储节点因为使用率100%而不能申请到空间时，在移动缓存空间内申请临时的空间，将需要均衡的数据块迁移到临时空间，并记录数据迁移的来源节点及目的节点，在存储集群的元数据中记录数据块此时位于移动缓存空间中。
4.根据权利要求2所述的扩容方法，其特征在于，在所述S7中，将高频次数据块存入高频查询空间，以对外界提供数据查询服务，在均衡过程中禁止外部设备对存储节点进行读写操作，按照选择的数据均衡方案进行数据块移动。
5.一种用于分布式存储集群利用率100%的扩容装置，其特征在于,所述扩容装置包括处理器、辅助扩容存储器、运算存储器和网络通讯模块，所述辅助扩容存储器用于提供扩容辅助存储空间，所述运算存储器中存储有计算机程序，所述网络通讯模块能够与外界设备进行网络通讯，可以对外提供数据读写服务，所述处理器通过执行所述计算机程序能够实现权利要求1-4中任一项所述的扩容方法。
6.一种用于分布式存储集群利用率100%的扩容系统，其特征在于,所述扩容系统包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器通过执行所述计算机程序能够实现权利要求1-4中任一项所述的扩容方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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