TW200807258A - Data recovery method and system when redundant array of independent disks (RAID) is damaged - Google Patents

Description

200807258 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種對磁碟機中尚未損毁的資料段進行 資料救援的方法，尤指一種在一獨立磁碟冗餘陣列 (Redundant Array of Independent Disks，以下簡稱 RAID) 中發生二台磁碟機受損而導致RAID組態毀損的情形下，利 用一外接式的儲存媒體，對其它磁碟機中尚未受損資料段 進行資料救援的方法。 【先前技術】 按，RAID係指透過一 RAID控制器（Control ler)，藉由 硬體或軟體方式，將複數台實體磁碟機結合成一台大容量 的虛擬磁碟機，RAID的儲存原理係利用位元帶（Bit Striping)及目前主流的區塊帶(Bi〇ck Striping)的分割方 式，將相同的資料分散儲存至各磁碟機中的不同資料段 (Data Blocks)，以在任一磁碟機的資料段受損時，可經由 X0R運异’對儲存在其他磁碟機内的同位元區塊 Blocks)及資料段内的數據資料進行比對及運算，以重建 (Rebuild)受損的資料。由於，將資料寫入至raid時，係 透過複數台實體磁碟機上的複數個讀寫頭，執行資料的寫 入動作，故不僅其寫入資料的速度相當快，且因相同資料 係儲存在複數台實體磁碟機中不同的資料段位置，故Raid 亦具備資料的容錯功能(Fault Tolerant)，為資料儲存提 供了較佳的安全保障。 以目前市場上普遍使用的RAID-5 (RAID Level 5)型 200807258 的=立磁碟冗餘陣列為例，請參閱第1圖所示RAID的架構 不意圖，其係由3台以上的磁碟機搭配一 RAID控制器所組 成，其中該RAID控制器中的異4(Xclusive〇R，以下簡稱 X0R—)運算器，在將資料寫入獅前，會將資料切割為複數 個貝料A、B、C、D、E及F ’分散儲存於各實體磁碟機 ' 11、12及13中，同時’會計算出資料的同位元檢查數據， 並將對應的同位元區塊(Pari ty B1〇ck)分散儲存於各實體 磁碟機1卜12及13中’其中資料段A與B的同位元區塊 φ 為P(A B) ’資料段C與D的同位元區塊為p(c，d)，資料 段E與F _位元區塊為p(E，F)。當該等磁碟機^、、 及13中任σ磁碟機的資料段受損而無法存取資料時， 如：磁碟機13中資料段受損時，請參閱第2圖所示，_ 控制器會將RAID轉換成降級模式(Degraded M〇de)，並在 降級模式下，利用該等磁碟機η及12中資料段及同位元 區塊内所儲存的數據資料，繼續進行資料的存取，此時， 春 若將受損的磁碟機13取出，並更換上正常且空白的新磁碟 機Η，請參閱第3圖所示，議控制器將會為励進行 、组悲重建’利用該等磁碟機u及12巾資料段A Κ、Ε 及同位兀區塊P(C ’ D)及p(E ’ F)内的數據資料，將舊資料 回寫至新磁碟機14,以重建新磁碟機14中的資料，使黯ρ 得繼續正常運作。 、 /然而，在傳統_的架構下，若遇上同時2台磁碟 機又損如·磁碟機12與磁碟機13均受損，請參閱第4 圖所示RAID控制裔即無法令RAI])轉換成降級模式，繼續 6 200807258 執行對資料進行重建的工作，而造成RAID毀損(Crush)。

因此，如何設計出一種資料救援的方法及系統，以在RAID 毁損時’即發生二台磁碟機受損而導致RAID組態毀損的情 形下’仍能對資料進行救援，即成為業者努力研究亟思改 〜善的一重要課題。 【發明内容】 有鑑於前述在RAID毀損的情形下，無法對資料進行救 援的問題，發明人經過長久努力研究與實驗，終於開發設 Φ 計出本發明的一種獨立磁碟冗餘陣列毁損時的資料救援方 法及其系統’·期使RAID在發生二台磁碟機受損而導致 組態毀損的情形下，仍能利用所有磁碟機中超級區塊 (Super Block)内所存放的數據資訊，將RAID的組態回復 至先前的降級模式，再配合對受損資料段的偵測，將欲救 援的磁碟機中尚未損毀的資料段複製至一外接式的儲存媒 體，且將已受損的資料段位置記錄至該外接式的儲存媒體 中’以順利完成資料的救援工作。 :⑩ 本發明之一目的，該方法係應用至一 RAID，該臥比 係由至少3台以上的磁碟機及一個RAID控制器所組成的邏 輯磁碟機，其中相同資料係分別儲存在複數個磁碟機中的 不同資料段内，該方法係在發生二台磁碟機受損而導致 RAID組態毁損的情形下，可藉讀取所有磁碟機的超級區 塊；比對所有超級區塊中存放的前次運作的磁碟數及時 間，並選取其在前次降級模式時所使用的共用數據；將所 獲得的該共用數據寫入所有磁碟的超級區塊；及在完成將 7 200807258 該共用數據寫入所有磁碟的超級區塊後，將咖的组態恢 復成降級模式。 ' 、本發明之另一目的，係在降級模式中運作時，讀取所 有磁射各資料段’並_各該資料段是否受損，且將尚 . 域毁，該龍段至-外接式_存舰，並將已 . A的貞料段位置記錄至料接式的儲存麵，如此，即 可在RAID中發生二台磁碟機受損而導致咖組態毀損的 情形下’利用該外接式的儲存媒體，對其它磁碟機中尚未 ⑩ 損毁的資料段進行資料救援。 為便胃冑查委員能對本發明的目的、技術特徵及其 功效，有更進-步的認識與瞭解，兹特舉若干實施例，並 配合圖式，詳細說明如下： 【實施方式】 、本發明係-種獨立磁碟冗餘_毁損時的資料救援方 法’係應駐-獨立磁碟冗餘_(Redundant

Array of 鲁 Independent Disks，以下簡稱_)，尤指一種麵_5 型架構的獨立磁碟冗餘陣列，_係由至少3台以上的磁 碟機搭配- RAID控制器所組成的邏輯磁碟機，其中相同資 料係，別儲存在複數個磁碟機中的不同區塊内。在本發明 =最4土貫施例中，係以3台磁碟機所組成的_為例， 請參閱第5 ®所示’詳細朗本發_設計理念及運作情 形如下·· 在该貫施例中，復參閱第5圖所示’當似叩中的第一 口磁碟機51 g|資料段受損而失效時，RAn)控制器（圖中未 200807258 示）會將RAID轉換成降級模式，並在降級模式下運作，執 行對文損資料的重建工作，然而，當raid中的第二台磁碟 機52因資料段受損而失效，僅剩一台磁碟機53中無受損 資料段，而導致RAID組態毀損時，該實施例將在RAII)上 、 連接一外接式的儲存媒體（圖中未示），如：硬碟、光碟機 ' 或磁帶機等，並透過對RAID執行超級區塊修復（super

Block Recovery)及尚存資料複製等二個處理程序，完成對 尚存資料的救援工作。 • 按，復請參閱第6圖所示，所謂「超級區塊」，係指 在將一磁碟機的分割區（partiti〇n)分割成許多磁柱群 (Cylinder Group)時，每一個磁柱群將依據該磁碟機的 谷里大J包含1到32個相鄰的磁柱（Cylinder)，各 該磁㈣分別包括超㈣塊、磁柱群區塊及索丨丨節點區塊 等，其中戎磁柱群區塊包含了在該磁柱群中的空白區塊、 空白索引節點資料及磁柱群運用的狀態，該超級區塊則可 ⑩ 在每個磁柱群内佔用不同的位置，如：-個超級區塊係在 某一磁執上，而另一個超級區塊則在另一磁軌上，一般言， - 所有的超級區塊同時受損的機率很小，且當某一超級區塊 文損時，亦可利用其他超級區塊内的資料，來對受損的資 料進行修復。因此，本發明即利用各該磁碟機中超級區塊 的特性，實現本發明對受損資料進行修復的任務，將因資 料&文損而失效的磁碟機中的尚存資料，複製到RAID上所 連接的該外接式_存媒體，以完賴尚存資料的救援工 作0 200807258 在口亥貝知例中，復參閱第5圖所示，當麵一台磁碟 機53中無受損資料段，其餘磁碟機5卜52均因資料段受 損而失效^致RAID的組態毀損的情況下，該方法將對 RAID執行超級區塊修復的處理動作，參閱第7晒示，包 括· (61) 將該外接式的儲存媒體(如：硬碟、光碟機或磁 π機等)連接至RAID，以錢續的處理過程巾，令腿〇控 制器將其視為RAID上的一磁碟機； (62) f買取所有磁碟機的超級區塊； (63) 比對所有超級區塊中所存放的前次運作的磁碟 機數及咖後，齡其讀絲賴式(如福她)時 所使用的共用數據； (64) 將所獲得職共賊據寫人所有磁碟的超級區 塊；及 ⑽在完成將該共用數據寫人所有磁碟的超級區塊 後，將RAID的組態恢復成降級模式。 俟本盔明對RAID完成超級區塊修復的處理動作，並將 MID的組態恢復成降級模式後，本發明將在r騰於降級模 式中運作時，執行尚存資料複製的處理動作，參閱第8圖 所示，包括·· (71) 頃取欲救援的磁碟機的各資料段； (72) 檢查各資料段是否受損，若是，進入步驟⑺）； 否則，繼續下列步驟； 200807258 並將其逐一複製至該外 (73)讀取各資料段内的資料， 接式的儲存媒體； ⑽判斷是否已完成讀取_—資料段内的資料，若 t. tr步驟(71) ’繼續讀取欲救援的磁碟機的下一資料 段，若是，即結束尚存資料的複製動作； (75)將已讀的各資料段位置逐-記錄至該 的儲存媒體中。.

处如，即可在RAID中發生二台磁碟機受損而導致咖 、錢U貞的情形下，糊該外接式的贿雜對其它磁碟 ，機中尚未損毀的資料段進行資料救援。 另，本發明根據前述方法，尚可建構一資料救援系統， ^以在RAID毀損時，對其磁碟機中尚未損毀的資料段進行 貝料救杈，芩閱第9圖所示，該系統包括一 RAID82，RAJD 82係由至少3台以上的磁碟機821與一 raid控制器（圖中 未示）所組成的邏輯磁碟機;一系統媒體83，可為一電腦或 一伺服器，該系統媒體83係分別與RAID 82及一外接式的 等存媒體81相連接，其中裝設有一磁碟機超級區塊讀寫程 式832,係用以讀寫該等磁碟機821中超級區塊内所存放的 數據資料；一超級區塊數據比對程式831，係與該超級區塊 碩寫程式832相鏈結（iink)，用以在比對該超級區塊讀寫 程式832自該等磁碟機821中超級區塊内所讀取的數據資 料後’選取其在前次降級模式時所使用的共用數據，並透 過該超級區塊讀寫程式832,將所獲得的該共用數據寫入所 有磁碟的超級區塊；一受損資料段偵測程式833，係用以讀 11 200807258 取该專碟機821的資料段，並_所讀取的資料段是否 已尚存資料複製程如4，係與該受損資料段偵 麻式833相鏈結，用以將該等磁碟機821中尚未為的 資贼複製至該外接式的儲存媒體幻，並將已受損=資 料段位置逐-記錄至該外接式_存獅W巾。、 j此需特別朗者’騎述#料救援祕，僅係本發 ’惟’本發明在實際施作時，並不舰 、 發明的另一實施例中，參閱第10圖所示，該系 至少3台以上的磁碟機忉；一 RAID控制器93，係 为1該#磁碟機921及一外接式的儲存媒體91相連接， =ΑΓ田控制益93中裝設有一磁碟機超級區塊讀寫程式 了以讀寫該等磁碟機921中超級區塊内所存放的數 =科，一超級區棟數據比對程式931，係與該超級區塊讀 寫= 932相鏈結，用以在比對該超級區塊讀寫程式敝 〜等=碟_ 921中超級區塊内所讀取的數據資料後，選 取其f前次降級模式時所使用的共用數據，並透過該超級 品么鬼:寫&式932,將所獲得的該共用數據寫入所有磁碟的 =區塊;一受損資料段偵測程式 ’係用以讀取該等磁 、92丨的資料段，並偵測所讀取的資料段是否已受損； 1尚存資料複製程式934，係與該受損資料段偵測程式 槊相鏈結’用以將該等磁碟機921中尚未受損的資料段複 濠至5亥外接式的儲存媒體91 ，並將已受損的各資料段位置 、"己錄至该外接式的儲存媒體91中。 12 200807258 據上所述可知，本發明在RAID中發生_ a 而導致__毁職形下，输‘ =存放_資料，並配合一外接== 透過將RAID的組態回復至先前的降級模式 用對磁碟機中各歸段的偵測，以將磁 未 =:置製r接細存媒體81、91，：受： Γ細峨瓣_81、91，順利完

成+_機巾肖糊毁#料制雌J1作。 士按，以上所述，僅為本發明的一最佳具體實施例，惟 U的特徵並不舰於此，任何熟悉該項技藝者在本發 月綱内’可輕易思及的變化或修舞，皆應涵蓋在以下本 發明的申請專利範圍中。 【圖式簡單說明】 弟固係傳、统RAID中具有三台磁碟機且正常運作時 架構示意圖； 第2圖係第1圖所示傳統raid中有-台磁碟機的資料 段受損而失效時的架構示意圖； 第3圖係第2圖所示傳統RAID中更換-台正常且空白 的新磁碟機時的架構示意圖； 」第4 ®係第1圖所示傳統獅巾有兩台磁碟機的資料 段受損而失效時的架構示意圖； /第5圖係本發明之一實施例中，#兩台磁碟機的資料 段受損而失效時的架構示意圖； 第6圖係本發明中磁碟機的分觀被分賊許多磁柱 13 200807258 群時，每一磁柱的架構示意圖； 第7圖係本發明對RAID執行超級區塊修復的處理動作 的流程示意圖； 第8圖係本發明在RAID於降級模式中運作 “ 存資料複製的處理動作的流程示麵； 、订尚 第9圖係本翻之—實施财，龍雜系 方塊示意圖；及兄木構的 的方塊不意圖。 【主要元件符號說明】 磁碟機 ......51、52、丨 砸碰—…一… 獨立磁碟冗餘陣列 ……82 (簡稱RAID) 系統媒體 ……83 超級區塊數據比對程式 ……831、931 磁碟機超級區塊讀寫程式 ……832、932 受損資料段偵測程式 ••…· 833、933 尚存資料複製程式 •…·· 834、934 獨立磁碟冗餘陣列控制器 ······ 93 (簡稱RAID控制器） :構

Claims (1)

1. 200807258 十、申請專利範圍： 卜-種獨立磁碟冗餘陣列毁損時的資料救援方法 使用在獨⑽魏餘_巾發生二台磁雜受損而導致 腳組態毀損的情形時，其中該獨立磁碟冗餘陣列係由至 少3台以上__及—_麵敬解顺制器所组 成的邏輯磁碟機，相同資料係分別館存在複數個磁碟機中 的不同貢料段内，包括下列步驟: 將-外接式的儲存媒體連接至該獨立磁碟冗餘陣列； =齡_冗餘__制祕斜接式的儲存媒 體視為其上的一磁碟機。 2、如請求項1所述的方法，尚包括： 碩取所有磁碟機的超級區塊； 咖ί對戶=級ΐ塊中所存放的前次運作的磁碟機數及 Β ’ U雨次降級模式時所使用的共用數據； 將所獲侍的該共用數據寫入所有磁碟的超級區塊；及 =成該共賊據寫續有磁碟的超繩塊後，將該 獨立磁碟冗餘陣列的組態恢復成降級模式。 3如π求項2所述的方法， 立 於降級模式中運作時，尚包括： 辦列 讀取欲救援的磁碟機的各資料段； 檢查各資料段是否受損； 至未損毁的各資料段_資料，並將其逐一複製 至該外接式的儲存媒體；及 後衣 15 200807258 媒體=讀的錢料段錄逐—記錄·外接式的儲存 儲存二請―一方法’其恤卜㈣ 二=或―’其中該外接式的 存媒職峨，綱外接式的健

   括· 、一種獨立磁碟冗餘睁列毀損時的資料救援系統， 包 ’立磁碟冗餘_，係由至少3台以上的磁碟機與一 獨立磁碟冗餘陣列控制器所組成的邏輯磁碟機； 一外接式的儲存媒體；及 一系統媒體，係分別與該獨立磁碟冗餘陣列及該外接 式的儲存媒體相連接，包括：

   一磁碟機超級區塊讀寫程式，用以讀寫該等磁碟機中 超級區塊内所存放的數據資料；及 一超級區塊數據比對程式，係與該超級區塊讀寫程式 相鏈結，用以在比對該超級區塊讀寫程式自該等磁碟機之 超級區塊内所讀取的數據資料後，選取其在前次降級模式 時所使用的共用數據，並透過該超級區塊讀寫程式，將所 獲得的該共用數據窝入所有磁碟的超級區塊。 8、請求項7所述的系統，其中該系統媒體尚包括： 一受損資料段偵測程式，係用以讀取該等磁碟機的資 16 200807258 ^ ，偵/則所讀取的資料段是否已受損；及 鍵梦，尚存貪料複製程式，係與該受損資料段偵測程式相 :上 、將該荨磁碟機中尚未受損的資料段複製至該外 〔的儲存媒體，並將已受損的各資料段位置逐—記 該外接式的儲存媒體中。 腦。9 ^求項7或8所述的系統，其中該系統媒體係一電 10如明求項7或8所述的系、统，其中該系統媒體係一 伺服器。 媒體或8所述的系統’其中該外接式的儲存 媒體項7或8所述的系統’其中該外接式的儲存 媒體或8所侧統’其⑽接式的儲存 包括1:4、-種獨立磁碟陣舰射的資料救援系統， 至少3台以上的磁碟機； 一外接式的儲存媒體；及 -獨立鄕冗鱗顺織，餘 ::接式的儲存媒體相連接，該獨立一 快^=3塊讀寫程式，係肋讀寫該等磁碟機 肀起級&塊内所存放的數據資料；及 17 200807258 一超級區塊數據比對程式，係與該超級區塊讀寫程式 相鏈結，用以在比對該超級區塊讀寫程式自該等磁磲機中 超級區塊内所讀取的數據資料後，選取其在前次降級模式 時所使用的共用數據，並透過該超級區塊讀寫程式，將所 ^ 獲得的該共用數據寫入所有磁碟的超級區塊。 • Μ、如請求項14所述的系統，其中該獨立磁碟冗餘障 列控制器尚包括： 一受損資料段偵測程式，係用以讀取該等磁碟機的資 ® 料段，並偵測所讀取的資料段是否已受損；及 一尚存資料複製程式，係與該受損資料段偵測裎式相 鍵結’用以將該等磁碟機中尚未受損的資料段複製至該外 接式的儲存媒體，並將已受損的各資料段位置逐一記錄至 ⑽卜接式的儲存媒體巾。 16、如請求項14或15所述的系統，其中該外接式的储 存媒體係—硬碟機。 _ 17、如請求項14或15所述的系統，其中該外接式的蝕 存媒體係—光碟機。 4 18、如請求項14或15所述的系統，其中該外接式的 儲存媒體係—磁帶機等。