CN117149093B - 一种通过ssd缩容提升存储系统可靠性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于提升存储可靠性技术领域，具体涉及一种通过SSD缩容提升存储系统可靠性的方法，通过在SSD硬盘闪存颗粒损坏达到OP预留比例时，对SSD硬盘进行缩容处理，修改SSD硬盘的容量，缩容处理后的SSD硬盘能够继续正常使用，剩余可用的NAND颗粒能够正常存储数据，存储于NAND颗粒上的数据也能够正常进行访问。通过缩小SSD硬盘容量的方法解决了SSD硬盘闪存颗粒损坏达到OP预留比例而无法正常使用的技术问题，有效提升了SSD硬盘颗粒的使用率，提升了闪存颗粒损坏数据重构的速率，减少了重构时间，同时有效增强分布式存储集群的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于提升存储可靠性技术领域，尤其涉及一种通过SSD缩容提升存储系统可靠性的方法。
背景技术
SSD硬盘由SSD控制器和闪存颗粒组成，FTL算法运行于SSD控制器中，其负责将硬盘的逻辑地址(LBA)映射到闪存颗粒的物理地址上，当有闪存颗粒损坏，则FTL算法将其数据恢复到其它闪存颗粒上，并修改FTL映射表，将对应LBA地址映射到新的物理地址上。
SSD 硬盘采用OP(Over Provision)的方式提升硬盘的可靠性，即超配置闪存颗粒容量来提升硬盘可靠性，比如，1TB可用容量的硬盘，可能会配置1.2TB的闪存颗粒，以应对闪存颗粒的损坏。当有闪存颗粒损坏时，可以将损坏部分的数据恢复到超分配的空间。但是当闪存颗粒损坏比例达到或超过OP的比例。SSD硬盘就会整体失效，剩余可用的颗粒也不能使用，导致存储于其上的数据全部不能访问。
因此现有的SSD 硬盘的颗粒利用率很低，当SSD 硬盘中的颗粒损坏率达到OP比例时，SSD 硬盘将会整体失效，剩余的颗粒将全部不能使用，而实际上SSD 硬盘中仍存在大量可用的颗粒。当SSD 硬盘中的颗粒损坏率达到OP比例使得SSD 硬盘整体失效造成了存储系统的可靠性低，并且整盘失效扩大了数据失效的比例，增加了数据故障处理的复杂度和时间，增加了数据重构的时间，进一步降低了存储系统整体可靠性。
因此，如何在SSD 硬盘颗粒损坏达到OP值时，提升SSD硬盘的可靠性，是目前亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过SSD缩容提升存储系统可靠性的方法，用以解决SSD 硬盘颗粒损坏达到OP值时，存储系统的整体可靠性低的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种通过SSD缩容提升存储系统可靠性的方法，包括以下步骤：
S1：检查并判断SSD硬盘是否需要进行缩容，若是，执行步骤S2；
S2：对SSD硬盘进行缩容处理；
S3：修改SSD硬盘的可用容量；
S4：检测SSD硬盘的当前状态，判断SSD硬盘是否缩容成功；
若否，则重复执行步骤S2和S3，重复执行步骤S2和S3的次数达到预设次数后，停止缩容；
若是，则执行步骤S5；
S5：SSD硬盘缩容完成，正常使用SSD硬盘。
优选的，所述步骤S1中包括以下具体过程：
存储系统周期性地检测SSD硬盘的坏块是否达到了预设的坏块比例阈值，或者SSD硬盘中坏块比例达到预设的坏块比例阈值主动通知存储系统软件进行硬盘缩容处理。
优选的，所述坏块比例阈值为OP预留的比例。
优选的，所述步骤S2包括以下具体过程：
S21：计算SSD硬盘缩容后的硬盘容量；
S22：迁移SSD硬盘中需要缩容的数据。
优选的，步骤S21中计算SSD硬盘缩容后的硬盘容量的具体方法为存储系统软件计算需要缩容的大小，将剩余可用闪存颗粒的容量减去OP的容量。
优选的，步骤S21包括以下具体步骤：
S211：根据目前SSD硬盘的已经分配的namespace 空间之和与缩容后的硬盘容量进行比较，若目前SSD硬盘的已经分配的namespace 空间之和小于缩容后的容量，则执行步骤S212；若目前SSD硬盘已经分配的namespace空间之和大于缩容后的容量，则执行步骤S213；
S212：namespace的空间大小不用修改，修改SSD硬盘的最大可用容量为缩容后的容量；
S213：按比例修改每个namespace的容量，并修改SSD硬盘的总体可用容量为缩容后的容量。
优选的，步骤S22的具体过程为检查SSD硬盘大于缩容后最大地址的逻辑地址空间是否有数据，如果有数据，则将数据迁移到低地址空间，或者迁移到其它硬盘。
优选的，步骤S3包括以下具体过程：
S31：增加修改SSD 硬盘的namespace容量的接口，用于修改SSD硬盘namespace容量；
S32：增加修改SSD硬盘总体可用容量的接口，用于修改SSD硬盘的容量。
本发明的有益效果包括：
本发明提供的一种通过SSD缩容提升存储系统可靠性的方法，通过在SSD硬盘闪存颗粒损坏达到OP比例时，SSD硬盘整体失效剩余的颗粒全部不能使用情况下对SSD硬盘进行缩容处理，缩容处理后的SSD硬盘能够继续正常使用，其剩余可用的NAND颗粒能够正常存储数据，存储于NAND颗粒上的数据也能够正常进行访问。
通过缩小SSD硬盘容量的方法解决了SSD硬盘闪存颗粒损坏达到OP预留比例而无法正常使用的技术问题，有效提升了SSD硬盘颗粒的使用率，当闪存颗粒损坏达到OP预留比例后仍能够继续使用，提升了闪存颗粒损坏数据重构的速率，减少了重构时间，同时有效增强分布式存储集群的可靠性。
附图说明
图1为本发明的通过SSD缩容提升存储系统可靠性的方法的流程图。
图2为本发明的通过SSD缩容提升存储系统可靠性的方法的存储系统架构示意图；
图3为本发明的通过SSD缩容提升存储系统可靠性的方法的SSD硬盘缩容逻辑示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请将围绕可包括多个设备、组件、模块等的系统来呈现各个方面、实施例或特征。应当理解和明白的是，各个系统可以包括另外的设备、组件、模块等，并且/或者可以并不包括结合附图讨论的所有设备、组件、模块等。此外，还可以使用这些方案的组合。
另外，在本申请实施例中，“示例地”、“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请中被描述为“示例”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用示例的一词旨在以具体方法呈现概念。
本申请实施例中，“信息（information）”，“信号（signal）”，“消息（message）”，“信道（channel）”、“信令（singaling）”有时可以混用，应当指出的是，在不强调其区别时，其所要表达的含义是一致的。“的(of)”，“相应的（corresponding，relevant）”和“对应的(corresponding)”有时可以混用，应当指出的是，在不强调其区别时，其所要表达的含义是一致的。
下面结合附图1~图3对本发明作进一步的详细说明：
参见附图1所示，一种通过SSD缩容提升存储系统可靠性的方法，包括以下步骤：
S1：检查并判断SSD硬盘是否需要进行缩容，若是，执行步骤S2；
S2：对SSD硬盘进行缩容处理；
S3：修改SSD硬盘的可用容量；
S4：检测SSD硬盘的当前状态，判断SSD硬盘是否缩容成功；
若否，则重复执行步骤S2和S3，重复执行步骤S2和S3的次数达到预设次数后，停止缩容；
若是，则执行步骤S5；
S5：SSD硬盘缩容完成，正常使用SSD硬盘。
在上述方案中，首先存储系统检查并判断SSD硬盘是否需要进行缩容，此处判断SSD硬盘是否需要进行缩容的标准为判断SSD硬盘的坏块比例是否达到了OP预留比例，若判断结果为SSD硬盘的坏块比例达到了OP预留比例，则需要进行缩容，启动缩容处理流程。
对当前的SSD硬盘的可用容量进行修改，修改当前的SSD硬盘的可用容量后，需要检测SSD硬盘的当前状态，以判断SSD硬盘是否缩容成功。
若SSD硬盘缩容未成功，则需要重复执行步骤S2和S3，重复执行步骤S2和S3的次数达到预设次数后，停止缩容处理过程，也就是说不可能无限次地进行缩容处理，当缩容处理的次数达到预设次数后仍然不能缩容成功时，则判断该SSD硬盘不能通过缩容处理的方式解决；
缩容成功后的SSD硬盘则能正常使用进行数据存储，并且其上存储的数据也能够正常进行访问。
通过上述的方法在SSD硬盘颗粒损坏达到OP比例时，SSD硬盘整体失效导致剩余的颗粒全部不能使用情况下对SSD硬盘进行缩容处理，即对SSD硬盘进行缩小容量的处理，一方面通过降低SSD硬盘的可用空间的方法提升了SSD硬盘颗粒的使用率，使得SSD硬盘不会因为部分颗粒的损坏导致整个SSD硬盘不可用，进行缩容处理后使得能够继续使用剩余的颗粒。
另一方面有效提升了存储系统的可靠性，由于SSD硬盘中部分颗粒损坏只会影响其相关区域的数据，而不是整个硬盘失效，通过SSD硬盘的缩容处理，有效减少了故障数据的数量，降低了数据重构的时间，降低了SSD硬盘失效的概率，进而极大提升了分布式存储集群的可靠性。
上述方案中，步骤S1中包括以下具体过程：存储系统周期性地检测SSD硬盘的坏块是否达到了预设的坏块比例阈值，或者SSD硬盘中坏块比例达到预设的坏块比例阈值而主动通知存储系统软件进行SSD硬盘缩容处理。
在判断SSD硬盘是否需要进行缩容的过程中，通过双向判断，一边通过存储系统进行周期性检测SSD硬盘，但是周期性的检测可能会存在漏检的情况，因此在存储系统进行周期性检测时，当SSD硬盘中坏块比例达到预设的坏块比例阈值时也会主动通知存储系统进行SSD硬盘进行缩容处理，以避免出现SSD硬盘达到了预设的坏块比例阈值但是周期性检测却未检测到的情况。
上述的坏块比例阈值为OP预留比例，之所以将坏块比例阈值设置为OP预留比例，是因为SSD硬盘中的NAND颗粒（闪存颗粒）的损坏比例达到OP预留比例时，SSD硬盘会整体失效，导致存储于SSD硬盘上的数据全部不能访问。因此在SSD硬盘中的NAND颗粒的损坏比例达到OP预留比例时就需要进行缩容处理，以使NAND颗粒损坏比例达到OP预留比例的SSD硬盘能够处于正常使用状态，存储于硬盘上的数据能够进行正常访问。
参见图2和图3，在SSD硬盘中增加有缩容命令，在存储系统软件中部署SSD硬盘缩容处理逻辑，当存储系统检测到SSD硬盘的坏块达到预设比例阈值时，即SSD硬盘坏块比例达到OP预留比例时，启动SSD硬盘缩容流程。
所述步骤S2包括以下具体过程：
S21：计算SSD硬盘缩容后的硬盘容量；
S22：迁移SSD硬盘中需要缩容的数据。
在上述步骤S21中计算SSD硬盘缩容后的硬盘容量的具体方法为存储系统软件计算需要缩容的大小，将剩余可用闪存颗粒的容量减去OP的容量。比如说，该SSD硬盘原有的可用空间为1TB，OP预留比例为20%，则当硬盘坏块达到20%时，启动缩容，此处缩容后的硬盘大小为：1TB *(1-20%) = 800MB。
其中，步骤S21包括以下具体步骤：
S211：根据目前SSD硬盘的已经分配的namespace 空间（命名空间）之和与缩容后的硬盘容量进行比较，若目前SSD硬盘的已经分配的namespace 空间之和小于缩容后的容量，则执行步骤S212；若目前SSD硬盘已经分配的namespace空间之和大于缩容后的容量，则执行步骤S213；
S212：namespace的空间大小不用修改，修改SSD硬盘的最大可用容量为缩容后的容量；
S213：按比例修改每个namespace的容量，并修改SSD硬盘的总体可用容量为缩容后的容量。
步骤S22的具体过程为检查SSD硬盘大于缩容后最大地址的逻辑地址空间是否有数据，如果有数据，则将数据迁移到低地址空间，或者迁移到其它硬盘。
步骤S3包括以下具体过程：
S31：调用SSD硬盘接口，增加修改SSD 硬盘的namespace容量的接口，用于修改SSD硬盘namespace容量；
S32：调用SSD硬盘接口，增加修改SSD硬盘总体可用容量的接口，用于修改SSD硬盘的容量。
上述步骤S31和S32，存储系统通过向SSD硬盘下发命令，对SSD硬盘的可用容量进行修改。在步骤S31中，需要增加修改SSD硬盘的namespace容量的接口，用于修改SSD硬盘namespace容量，该接口不能破坏低于修改后最大可用容量范围内的数据，例如不能修改SSD FTL映射表的数据，以及其它相关元数据内容。
在步骤S32中，需要增加修改SSD硬盘总体可用容量的接口，用于修改SSD硬盘的容量，该接口不能破坏低于修改后最大可用容量范围内的数据，例如不能修改SSD FTL映射表的数据，以及其它相关元数据内容。
综上所述，本发明提供的一种通过SSD缩容提升存储系统可靠性的方法，首先存储系统检查并判断SSD硬盘是否需要进行缩容，若判断结果为SSD硬盘需要进行缩容，则启动缩容处理流程，修改当前的SSD硬盘的可用容量，缩容完成后，SSD硬盘能够正常使用。
通过上述方法，将SSD硬盘闪存颗粒损坏达到OP比例时，SSD硬盘整体失效剩余的颗粒全部不能使用情况下对SSD硬盘进行缩容处理，缩容处理后的SSD硬盘能够继续正常使用，其剩余可用的NAND颗粒能够正常存储数据，存储于NAND颗粒上的数据也能够正常进行访问。
通过缩小SSD硬盘容量的方法解决了SSD硬盘闪存颗粒损坏达到OP预留比例而无法正常使用的技术问题，有效提升了SSD硬盘颗粒的使用率，当闪存颗粒损坏达到OP预留比例后仍能够继续使用，提升了闪存颗粒损坏数据重构的速率，减少了重构时间，同时有效增强分布式存储集群的可靠性。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方法，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。
Claims (5)
1.一种通过SSD缩容提升存储系统可靠性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：检查并判断SSD硬盘是否需要进行缩容，若是，执行步骤S2；
S2：对SSD硬盘进行缩容处理；
S3：修改SSD硬盘的可用容量；
S4：检测SSD硬盘的当前状态，判断SSD硬盘是否缩容成功；
若否，则重复执行步骤S2和S3，重复执行步骤S2和S3的次数达到预设次数后，停止缩容；
若是，则执行步骤S5；
S5：SSD硬盘缩容完成，正常使用SSD硬盘；
所述步骤S2包括以下具体过程：
S21：计算SSD硬盘缩容后的硬盘容量；
S22：迁移SSD硬盘中需要缩容的数据；
步骤S21包括以下具体步骤：
S211：根据目前SSD硬盘的已经分配的namespace 空间之和与缩容后的硬盘容量进行比较，若目前SSD硬盘的已经分配的namespace 空间之和小于缩容后的容量，则执行步骤S212；若目前SSD硬盘已经分配的namespace空间之和大于缩容后的容量，则执行步骤S213；
S212：namespace的空间大小不用修改，修改SSD硬盘的最大可用容量为缩容后的容量；
S213：按比例修改每个namespace的容量，并修改SSD硬盘的总体可用容量为缩容后的容量；
步骤S3包括以下具体过程：
S31：增加修改SSD 硬盘的namespace容量的接口，用于修改SSD硬盘namespace容量；
S32：增加修改SSD硬盘总体可用容量的接口，用于修改SSD硬盘的容量。
2.根据权利要求1所述的一种通过SSD缩容提升存储系统可靠性的方法，其特征在于，所述步骤S1中包括以下具体过程：
存储系统周期性地检测SSD硬盘的坏块是否达到预设的坏块比例阈值，或者SSD硬盘中坏块比例达到预设的坏块比例阈值主动通知存储系统软件进行硬盘缩容处理。
3.根据权利要求2所述的一种通过SSD缩容提升存储系统可靠性的方法，其特征在于，所述坏块比例阈值为OP预留的比例。
4.根据权利要求3所述的一种通过SSD缩容提升存储系统可靠性的方法，其特征在于，步骤S21中计算SSD硬盘缩容后的硬盘容量的具体方法为存储系统软件计算需要缩容的大小，将剩余可用闪存颗粒的容量减去OP的容量。
5.根据权利要求1所述的一种通过SSD缩容提升存储系统可靠性的方法，其特征在于，步骤S22的具体过程为检查SSD硬盘大于缩容后最大地址的逻辑地址空间是否有数据，如果有数据，则将数据迁移到低地址空间，或者迁移到其它硬盘；如果无数据，不进行数据迁移。
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