CN1808365A

CN1808365A - 磁盘冗余阵列设备的自动重建方法

Info

Publication number: CN1808365A
Application number: CN 200510004565
Authority: CN
Inventors: 刘文涵; 宋建福; 李东海
Original assignee: Inventec Corp
Current assignee: Inventec Corp
Priority date: 2005-01-17
Filing date: 2005-01-17
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2025-01-17
Also published as: CN100362483C

Abstract

一种RAID设备的自动重建方法，该RAID设备包含多个成员硬盘并应用于一储存设备上，该储存设备还包含多个硬盘位置以设置多个硬盘，该方法包括如下步骤：读取该储存设备的配置信息，且该储存设备的配置信息包含一可用于自动重建的硬盘位置；查询该储存设备的状态信息；根据该储存设备的状态信息，刷新该储存设备的配置信息；及根据该储存设备的配置信息，在该RAID设备的该些成员硬盘中具有一降级的成员硬盘时，自该可用于自动重建的硬盘位置处加入一新硬盘，以重建该RAID设备。故在RAID设备降级时，只要在正确的位置上插上新的硬盘，即可自动地对RAID设备进行重建操作，平时并不会占用到多余的硬盘，从而避免硬件资源的浪费。

Description

磁盘冗余阵列设备的自动重建方法

技术领域

本发明涉及一种自动重建方法，特别是关于一种基于硬盘位置的磁盘冗余阵列的自动重建方法。

背景技术

磁盘冗余阵列(Redundant Arrays of Inexpensive Disks；RAID，以下仅以RAID代替)设备，使用若干硬盘，组成一个单独的储存设备，提供更大的容量、更快的存取速度或数据冗余功能。这些硬盘称为这个RAID设备的成员(Member)硬盘。根据其数据组织方式的不同，分为Linear、RAID-0、RAID-1、RAID-5等。其中RAID-1和RAID-5提供了数据冗余功能。

如图1所示，是RAID设备的状态和重建操作。数据冗余功能是指，当RAID设备的一个或多个成员损坏时，这个RAID设备上的数据仍然保持完好无损。这时的RAID设备进入降级(Degraded)状态，应该尽早对其进行重建(Rebuild)工作。重建工作，就是使用一个新的硬盘，取代原来坏掉的硬盘，使RAID设备恢复到正常(Normal)状态。

当前市场上使用RAID设备的各种产品，包括NAS(Network-attachedStorage)、SAN(Storage Area Network)等储存服务器，以及其它产品。

而这些产品的自动重建(Auto-Rebuild)功能，是依靠热备援(HotSpare)功能实现。如图2所示，热备援是在指RAID设备中，包含的若干个特殊的硬盘，这些硬盘不是RAID设备的成员硬盘，所以不用于储存用户数据，而是在RAID设备降级时，自动顶替坏掉的成员硬盘，重建RAID设备。而这块热备援，就变成了RAID设备的成员硬盘。这种自动重建的缺点是，要占用多余的硬盘。

发明内容

鉴于以上的问题，本发明的主要目的在于提供一种RAID设备的自动重建方法，当一个RAID设备降级的时候，没有现成的热备援，就需要用新硬盘重建RAID设备，我们可以依据硬盘的位置信息，实现这种情况下的自动重建；即，只要有新硬盘插在正确的位置上，系统就自动地对RAID设备进行重建操作。这一功能在支持硬盘“热插拔”(Hot-swap)的系统上尤其有用。

为达上述目的，本发明提出一种RAID设备的自动重建方法，此RAID设备包含多个成员硬盘并应用于储存设备上，且此储存设备还包含多个硬盘位置来设置硬盘，其步骤包含：首先，读取储存设备的配置信息，而储存位置的配置信息包括了可用于自动重建的硬盘位置；再去查询储存设备的状态信息；然后，根据储存设备的状态信息，刷新储存设备的配置信息；最后，根据储存设备的配置信息，当RAID设备具有降级的成员硬盘时，从可用于自动重建的硬盘位置除来加入一个新硬盘，而重建RAID设备。

有关本发明的特征与实作，现配合图示作最佳实施例详细说明如下。

附图说明

图1为先前技术的RAID设备的状态和重建操作的示意图；

图2为先前技术的基于热备用的自动重建的示意图；

图3是本发明的RAID设备的自动重建方法的流程图；

图4是本发明中IDE总线位置示意图；

图5是本发明的储存设备状态信息查询程序的流程图；

图6是本发明的自动重建程序的流程图；

图7是本发明的具备流程控制的自动重建方法的流程图；

图8是本发明的实施例的支持自动重建功能的NAS服务器；

图9是本发明的实施例的第一种选择的示意图；及

图10是本发明的实施例的第二种选择的示意图。

其中，附图标记说明如下：

步骤100 读取储存设备的配置信息(存储设备配置信息查询程序)

步骤200 查询储存设备的状态信息(存储设备状态信息查询程序)

步骤210 获取所有硬盘的位置信息(硬盘位置信息查询程序)

步骤211 获取硬盘列表(硬盘列表查询程序)

步骤212 根据硬盘的类型，分别获取其位置信息(硬盘位置信息取得程序)

步骤220 查询RAID设备的状态信息(RAID设备状态信息查询程序)

步骤300 刷新储存设备的配置信息(储存设备配置信息刷新程序)

步骤400 根据储存设备的配置信息，在RAID设备降级时，自硬盘位置处加入新硬盘，重建RAID设备(自动重建程序)

步骤410 确认RAID设备的成员硬盘是否降级

步骤420 确认是否有可用于自动重建的新硬盘

步骤430 重建降级的RAID设备的成员硬盘

步骤500 控制自动重建过程的操作频率(流程控制程序)

具体实施方式

请参照图3所示，本发明所提供的RAID(磁盘冗余阵列)设备的自动重建方法，是应用于使用RAID技术的储存设备，如NAS、SAN等储存服务器，或其它产品上，其步骤包含：(A)储存设备配置信息查询程序(步骤100)：首先，读取储存设备的配置信息；(B)储存设备状态信息查询程序(步骤200)：接着，查询储存设备的状态信息，其中主要包括RAID设备的状态和所有硬盘的位置信息；(C)储存设备配置信息刷新程序(步骤300)：根据状态信息，刷新储存设备的配置信息(Configuration)；以及(D)自动重建程序(步骤400)：根据配置信息，将储存设备的硬盘位置上的新硬盘加入为RAID设备的成员硬盘，而重建RAID设备。

以下即对于本发明如何实现基于硬盘位置的RAID设备的自动重建作一详细说明。

(A)储存设备配置信息查询程序(步骤100)

这个程序(步骤100)用于读取储存设备的配置信息。最重要的配置信息是RAID设备的配置信息，尤其是可以用于自动重建的硬盘位置列表。当然，也可以包括其它类型的配置信息。

请参照图4，对IDE硬盘，其位置可以用IDE总线位置记录。IDE总线可以有多个通道(Channel)，最常用的个人计算机(PC)的IDE总线一般有2个通道，称为主通道(Primary)和从通道(Secondary)。而使用IDE硬盘的储存服务器，如NAS和SAN，IDE总线可以有多于2个的通道。每个IDE通道可以连接2块IDE硬盘，分别称为主盘和从盘。这样，有几个IDE通道，就可以有双倍的IDE硬盘个数。知道了IDE硬盘的通道号，以及它的主/从属性，也就知道了IDE硬盘的总线位置。

对SCSI硬盘，其位置可以用SCSI总线位置记录。SCSI总线位置信息是一个4-D(Dimensional，维度)的坐标：(主机(Host)，通道(Channel)，Id，Lun)。

主机(Host)对应于SCSI硬盘所连接的SCSI控制器(SCSI Adapter)，即SCSI卡或SCSI控制芯片。每个SCSI控制器都有自己的名字，一般是其厂商的名字，如BusLogic，或其型号，如AAR81XX。每个SCSI控制器在LINUX系统中有一个属于自己的数字编号。这个编号并不固定，是LINUX系统依据启动顺序对各个SCSI控制器从0开始依次安排的。

Channel是通道，每个SCSI控制器可以有若干通道。每个通道有一个属于自己的数字编号。

Id是设备编号，每个通道上可以连接若干设备，当然也可以是硬盘。每个设备有一个属于自己的数字编号。

Lun(Logical Unit Number)是逻辑单元编号，每个SCSI设备可以有若干逻辑单元，实现子设备的功能。每个逻辑单元有一个属于自己的数字编号。

举例而言，(BusLogic，0，0，0)就是一个SCSI硬盘的位置，表示这个硬盘的SCSI控制器是BusLogic，通道号为0，设备号为0，逻辑单元编号为0。

例如下面的配置信息，就记录了一个RAID设备的可用于自动重建的硬盘位置信息列表。

<RAID1>

</RAID1>

其中记录了4个可以用于自动重建的硬盘的位置信息的列表。表示有2块IDE硬盘和2块SCSI硬盘可以用于RAID设备的重建操作。它们的位置信息被记录在各自的位置(Position)变量之中。

(B)储存设备状态信息查询程序(步骤200)

储存设备的状态信息，主要包括RAID设备的状态，和所有硬盘的位置信息。

如图5所示，储存设备状态信息查询程序(步骤200)包含硬盘位置信息查询程序(步骤210)与RAID设备状态信息查询程序(步骤220)，而硬盘位置信息查询程序(步骤210)包含有硬盘列表查询程序(步骤211)：以及硬盘位置信息取得程序(步骤212)。

其中，要获取所有硬盘的位置信息(步骤210)，首先要获取系统中的所有硬盘设备的列表(步骤211)，然后根据每块硬盘的类型，分别获取其位置信息(步骤212)。

硬盘列表查询程序(步骤211)负责获取系统中的所有硬盘设备的列表，在LINUX下，读取/proc/partitions文件即可获得所有硬盘的设备名，如“hde”、“sda”等等。

硬盘位置信息取得程序(步骤212)，需要根据硬盘的类型分别做处理。在LINUX下，对IDE硬盘，其设备名以“hd”开头。其设备名的后半部分与其总线位置一一对应：

第一个通道的主盘(Master)，对应设备名为hda；

第一个通道的从盘(Slave)，对应设备名为hdb；

第二个通道的主盘(Master)，对应设备名为hdc；

第二个通道的从盘(Slave)，对应设备名为hdd；

第三个通道的主盘(Master)，对应设备名为hde；

第三个通道的从盘(Slave)，对应设备名为hdf；

第四个通道的主盘(Master)，对应设备名为hdg；

第四个通道的从盘(Slave)，对应设备名为hdh；

……

所以，知道了IDE硬盘的设备名，也就知道了IDE硬盘的位置。而对SCSI硬盘，在LINUX下有专门的系统API(Application ProgrammingInterface)用于获取其位置信息，调用ioctl的SCSI_IOCTL_GET_IDLUN功能即可。但此时获取的是数字的4-D坐标，如果要获取主机(Host)的名称，还要读取/proc/scsi/下的目录结构信息，做匹配即可。

RAID设备状态信息查询程序(步骤220)，用于查询RAID设备的状态信息。尤其要查询RAID设备是否降级，以及RAID设备当前的成员硬盘列表。在LINUX下，读取/proc/mdstat文件即可。

(C)储存设备配置信息刷新程序(步骤300)

储存设备配置信息刷新程序(步骤300)的用途是，根据刚才所获取的储存设备的状态信息，刷新储存设备的配置信息，尤其是要根据RAID设备的状态信息刷新RAID设备的成员硬盘列表。这样可以在下一次系统重新启动时，为启动RAID设备提供参考。

(D)自动重建程序(步骤400)

如图6所示，这是最核心的功能，首先确认RAID设备的成员硬盘是否降级？(步骤410)，再确认是否有可用于自动重建的硬盘？(步骤420)，并基于前面已经做完的充分的准备操作，确定哪些硬盘位置上的硬盘可用于重建RAID设备，并使用这些硬盘重建降级的RAID设备的成员硬盘。(步骤430)

由于这个新硬盘开始时不是RAID设备的热备援，不包含在RAID设备中，所以减少了RAID设备占用的硬盘个数。这块硬盘在未被占用时，可以用来创建其它的RAID设备。

而重建操作要使用RAID工具的指定接口。在LINUX下，对软件实现的RAID设备，使用raid-tools中的raidhotadd命令即可。

此外，如图7所示，本发明所提供的RAID设备的自动重建方法更可包含一流程控制程序(步骤500)，用于控制系统进行RAID操作的频率。根据需求，可以进行如下三种流程控制：

1.控制操作次数：可以是任意次，甚至无穷多次。如果是无穷多次，这个进程最好放在系统后台运行。

2.控制两次操作之间的时间间隔；比如1秒或5秒，以减轻系统的负担。

3.检验是否要退出操作：如果在需求中考虑到了用户要求系统停止运行，或者系统关机的情况，就要判断这些事件是否发生，以决定是否停止操作。

而且，本发明还由一实施例来对于本发明的实施方式协助说明。

首先，如图8所示，假设有一台支持我们的自动重建功能的NAS(Network-attached Storage)服务器，它提供了4个硬盘插槽，而且这些硬盘插槽的总线位置都是固定的，都支持热插拔。如图，对四个插槽上的硬盘，我们从左至右分别命名其为HDD1、HDD2、HDD3、HDD4。

假设开始时HDD1和HDD2中插有硬盘，HDD3和HDD4为空。通过NAS的操作接口，使用硬盘HDD1和HDD2创建一个RAID-1设备，我们将这个RAID设备命名为MD1。在创建MD1时，我们指定HDD1、HDD2和HDD3可以用作MD1的自动重建。我们指定其使用基于硬盘位置的自动重建，而不是使用热备援，因为此时插槽HDD3上甚至没有硬盘。

再假设在使用了一段时间之后，硬盘HDD2损坏，就会导致MD1降级，其成员硬盘只剩下HDD1。这时，我们有2种选择，可以重建这个RAID设备，使其恢复完整。

第一种选择是，如图9所示，拔掉HDD2中已经坏掉的硬盘，将一个新硬盘插进HDD2。操作完成！此时的MD1仍由HDD1和HDD2组成。

第二种选择是，如图10所示，直接将一个新硬盘插进HDD3。操作完成！此时MD1由HDD1和HDD3组成。

此外还有一种方式，那就是在降级之前就在HDD3中插入空硬盘。那么，在降级时的自动重建操作会自动进行，其效果相当于使用热备援。

综合上述，本发明所提供的RAID(磁盘冗余阵列)设备的自动重建方法，具有下列优点：

1、对支持硬盘热插拔的系统，可以完善系统功能。

2、操作简单，容易掌握。因为这种重建操作基于硬盘的位置，用户只要将硬盘插对位置即可完成操作。

3、不依赖热备援，所以平时不占用多余的硬盘。

虽然本发明以前述的较佳实施例揭露如上，但是其并非用以限定本发明，任何本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，所作出的等效结构变化，均包含在本发明的专利范围内。

Claims

1、一种RAID设备的自动重建方法，该RAID设备包含多个成员硬盘并应用于一储存设备上，该储存设备还包含多个硬盘位置以设置多个硬盘，其特征在于，包括如下步骤：

读取该储存设备的配置信息，且该储存设备的配置信息包含一可用于自动重建的硬盘位置；

查询该储存设备的状态信息；

根据该储存设备的状态信息，刷新该储存设备的配置信息；及

根据该储存设备的配置信息，在该RAID设备的该些成员硬盘中具有一降级的成员硬盘时，自该可用于自动重建的硬盘位置处加入一新硬盘，以重建该RAID设备。

2、如权利要求1所述的RAID设备的自动重建方法，其特征在于，该储存设备的状态信息包括该RAID设备的状态与该RAID设备的该些成员硬盘与该储存设备的该些硬盘的位置信息。

3、如权利要求1所述的RAID设备的自动重建方法，其特征在于，该查询储存设备的状态信息的步骤，包含下列步骤：

获取该RAID设备的该些成员硬盘与该储存设备的该些硬盘的位置信息；及

查询该RAID设备的状态信息。

4、如权利要求3所述的RAID设备的自动重建方法，其特征在于，该获取该RAID设备的该些成员硬盘与该储存设备的该些硬盘的位置信息的步骤，包含下列步骤：

获取该RAID设备的该些成员硬盘与该储存设备的该些硬盘的列表；及

根据该些成员硬盘与该些硬盘的类型，分别获取其位置信息。

5、如权利要求3所述的RAID设备的自动重建方法，其特征在于，该RAID设备的状态信息包含用于判断该RAID设备的该些成员硬盘是否降级的信息与该RAID设备的该些成员硬盘的列表。

6、如权利要求1所述的RAID设备的自动重建方法，其特征在于，该重建该RAID设备的步骤，包含下列步骤：

确认该RAID设备的该些成员硬盘是否降级；

确认是否有可用于自动重建的该新硬盘；及

重建降级的该RAID设备的成员硬盘。

7、如权利要求1所述的RAID设备的自动重建方法，其特征在于，还包括一控制该RAID设备的自动重建过程的操作频率的步骤。