1310132 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於-翻立磁碟之冗餘陣顺線上擴容方法，特 別是關於-種獨立磁碟之冗餘陣列的線上擴容過程的中斷與恢復 方法。 【先前技術】 獨立磁碟之冗餘陣列(Redundant Array of Independent Disk， RAID)係將多台硬碟透過rajd控制器(如硬體、軟體)結合成虛擬 單台大容量的硬碟使用，其特色是多台硬碟同時讀取速度加快及 提供容錯性。目前，常見的RAID陣列包含：Linear、_〇、 RAID 卜 RAID2、RAID3、RAID4、RAED5、RAID6、RAID10 以 及 RAID50 等。
Raid的儲存原理是用位元分割(Bit Striping)或區塊分割 (BlockStriping)的分割方式，將資料分散儲存至各硬碟中，當硬碟 ❿ 有受損時經由互斥或(XOR)運算，再將存在其他各硬碟内的校驗 磁碟分段(Parity Bl〇cks)以及等量資料(Data stripe)磁驅的資料分 段(Data Blocks)進行計算而重建㈣刪)資料。 磁碟容量的增加與效能的增強均為當前磁碟陣列系統之關鍵 問題’而於磁碟陣列系統中增加新的磁碟，是增加系統容量和增 強系統效能的較佳的途經。傳統的增加磁碟陣列系統的方法是先 備份磁碟陣列中的資料，再重建新的大容量的邏輯碟旅恢復資 料。然而，這種方法在7x24運行的系統中是不可行的。因此，就 1310132 需要-種磁辦_統的線上擴容祕’其可以讓使用者在不關 閉系統的情況下，增加新的磁碟。習知技術之線上擴容技術大多 採用硬體RAID控制卡來實現。但這些工具大部分對添加的磁碟 數目有限制或在擴容的過程中是不可以停止的。上述問題給使 用者的日常工作帶來了很大的不便。 如第1圖所示’獨立磁碟之冗餘陣列(Redundant Array of
Independent Disk，RAID)的線上擴容(〇nline Capacity Expansi〇n， • 〇CE)是指在不_、無須對擴容前獨立磁碟之冗餘陣列10重新 初始化的情況下，增加新的磁碟2〇到原來一種已經建好的擴^^後 ,獨立磁碟之冗餘陣列30中，並且不損壞原擴容前獨立磁碟之冗餘 陣列10中的任何資料内容，同時不會影響到系統的正常運行，也 不需要重啓系統就能夠應用新的設置。 為了方便使用者對擴容的管理，消除了一些利用硬體進行磁 碟陣列線上擴容的限制，習知技術（台灣專利申請案號第 • _44573號；中國專利申請案號第200510097477.7號，專利名 稱：『獨立磁碟之冗餘陣列(RAID)的擴充系統及其方法』）中，請 參考第2圖所示’揭露一種獨立磁碟之冗餘陣列的擴容方法，係 用以透過新增概_肺’將—個咖巾的驅絲數量由n 個擴容至Μ個，該方法包含以下步驟： 接收包含各新增之驅動器名稱、新增之驅動器數目、新增之 驅動器資訊、擴容速度之上限以及遷移單元之大小之擴容資訊 (S200)； ’、、 6 1310132 分配擴容資《賴料訊寫人該齡前獨立磁碟之冗 餘陣列之超級區塊，且創建-記錄請求位址與擴容前獨立磁碟 之冗餘陣列之—當前遷移單元位址触之請求資訊之等待列 表（S210); 將擴容義立猶之冗餘_與各新增之购器構造成 一無須同步猶之臨時獨立磁碟之冗餘_ (s22〇); 讀取等制表記錄之請求資訊並執行相應操作，依照擴容 貧訊以遷移單元為單位遷移齡_立磁碟之冗餘陣列之資 料至臨時獨立磁碟之冗餘陣列，並於資料遷移線程中處理使用 者對擴容觸立磁碟之·_之輸人/翻請求（咖）.以 及於資料祕完，峨齡麵立_之祕_之姓構 為擴容後齡補之冗餘_找構，錄^臨_立辦 冗餘陣列（S240)。 在上述獨立補之冗餘_赚方法巾，由於線上擴容 過程中，很可能發生異常中斷情況，擴容過程停止中 數，使擴容過程從·始；二是能重新設置擴容參 笛一括u -、 中斷處繼續擴容。很顯然， 不切貫際，並且也不可能，因爲資料的線上擴容是 :=Γ程’它需要相，如果在擴容的尾聲 中斷，再重新從頭開始擴容要浪 毛卓 程能在祕_4_進行…^ W A 了使擴容過 二是增加擴額恢復處理触。疋辦加隸的保護處理， 7 叫〇132 常中：;獨立磁碟之冗餘陣列的線上擴容過程中，如何因應異 中_況’進行情與恢復方法，遂成為-棚注的議題。 【發明内容】 容相上<之㈣’本發明财在轉發性的顯上寫入擴 證擴容資訊不丢失’從而實™線上擴容過 進=:斷與恢復。使用者可以在擴容過程中中斷擴容，如 捭气^職雜作，錢可叫過讀取糾在磁碟上的 用==訊’簡·容狀_騎_擴容 行，者出現盈^ 、線上擴谷’根據需要來控制陣列擴容的運 丁 4現異續鱗，還能使_擴容 中斷，從而繼續擴容過程。 攸谷狀恕而不 即時同要是在線上擴容過程中增加資料中斷處理， 超級塊的是否記錄了陣列的擴容資訊，如果有擴容㈣^查 重新初始化陣列，置擴容標記，並且根據選擇= 向前。 長疋重新啓動、擴容向後、或者是擴容繼續 【實施方式】 以下’將結合圖式部份對本發明之較佳實施方式作詳細說明 8 1310132 本發明揭露了 -種獨立磁碟之冗餘_的線上 斷與恢復方法，請參考「第3圖」，圖中表示了本發 圖，擴容前資料處理（S3〇〇);啟動遷移線程(S3l〇);擴容中斷^ 理(S32〇);擴容恢復處理(S330);喚醒遷養線程繼續擴容(S34〇)l 遷移完成(S350)。 ’ 本發明的原理是财在腿°設成員闕及擴容_碟 的超級塊中設置擴容相·訊，如擴容位置資訊、擴容狀態資訊、 •遷移單元大小等，這些資訊是隨著擴容的進行而即時更新的。°當 RAID在線上擴容過程憎遷移線程帽後，可通過讀取存儲: 超級塊中的擴容進度等相關資訊，重新搭建擴容環境，註冊遷移 .線程’然後保持原有擴容狀態_擴容，從而實現以仍線 容過程的中斷與恢復^ '、 此方法的整個可通過擴容_處_塊、齡中斷處理 杈塊和擴容恢復處理模塊來描述，具體過程如下。 _ (一)擴容啓動處理： 這疋貫現RAID線上擴容的核 /± Μ ^ Λ .…0尔犹從功能界面接收 使用者傳⑽參㈣動齡後，齡軸子魏執行町流程， 蝴雛_齡㈣，細齡資訊到資 ==綱射，並輸n賴（ 訊包括擴容後的磁碟數、遷移單元大小、擴容速度上 =物讀化工作完成後，_立 與擴容的耻磁叙冗鱗财成_麵_時齡磁 1310132 陣=(s·)’翻_獨立磁碟之冗餘_與—個完整獨立 、几，陣麻同的疋它無須進行同步；然後啓動遷移線程，按照 遷移單元的大小將賴立刺之冗餘_上的龍依次遷姉: 時獨立磁碟之冗餘陣列陣列上（卿），此過程—直在系統後臺^ (一)擴容中斷處理： 在擴容過財，报有可能發生異常情情況（如斷電、使用 者無意使祕止命令停止了擴容巾断列等），在純重起之後， 使用啓動命令應能保證錄啓動_，並絲賴進行擴 中斷處理的目的，就是倾擴容#訊記_完錄，從而使 擴谷陣列成功啓動。此擴容中斷處理，主要依賴於記錄與磁碟上 的超級塊㈣訊，耻f要將—些透過線上擴容的資訊記錄在非 軍毛的磁碟上，亚且需要修改對超級塊的存取、更新等操作以 應資料結構賴化。在這個·情處理過程中，主要包括 =個操作程序：丨、將擴容中的陣列擴容資訊同步更新到存儲^磁 罢^的超輯巾，私考如第5崎示，首先設置空閒磁碟的位 (S500);接著將陣列中有關擴容資訊複製到超級塊的對應結 構中（S51G)，修改超級塊中記錄的位置編號（咖）；設置 級塊中磁翻擴容標記_)。2、在啓動陣列時將存儲在磁碟 上超級塊中的齡:纽初始化給齡的_設備，請參考如第^ 圖所示，首先將超級塊忖關擴容資訊複製到陣列的對應結射 1310132 (S600)，取得超級塊中有關設備的描述信息（s61〇);設置設 備的擴谷編號（S620)。 (三)擴容恢復處理： 虽擴谷過程中發生中斷異常，重新啓動擴陣列時，需要呼叫 到此模塊； 該杈塊接文使用者的請求，在擴容停止的情況下恢復擴容， 可以選擇使擴容繼續進行，或者是擴容向後。 根據使时的輸碌數齡方向的不同，有三碱理模塊程 序： (1) 擴容重新啓動：當原來擴容過程是向前擴容時，呼叫此 核塊’擴容會繼續向前；當原來擴容過程是向後擴容時， 呼叫此模塊，擴容會繼續執行向後擴容。擴容過程是否 為向後擴容，通過讀取超級塊中的標誌為即可獲得，請 茶考如第7圖所示：讀取超級塊的信息（S7〇〇);判斷 陣列是否為停止狀態？（S71Q);如果不是即結束擴容 重新啓動流程，如果是，則設置擴容標記為擴容（S72〇); 更新超級塊的信息（S73〇)卜姐遷移線程（S74〇)。 (2) 擴容向後：當制者的輪人擴容參數方向為向後時就會 呼叫到這個模塊。如果原來擴容是向前的，呼叫此模塊 S使擴谷開始向後，如果原來擴容就是向後，則繼續向 後擴容過程，請參考如第δ _示：讀取超級塊的信息 (S_ 是否為停止狀態？（S810);如果 11 1310132 不是即結束擴容向後流程’如果是，則設置擴容標記為 擴容（S820);設置擴容方向為向後（S830);更新超級 塊的信息（S840);唤醒遷移線程（S850)。 (3)擴容繼續向前：當使用者輸入的擴容方向參數為繼續向 前時’呼叫此模塊；當原來的為向前擴容，調用此模塊， 擴容繼續向前；當原來的擴容為向後擴容時，呼叫此模 塊，擴容則開始繼續向前擴容，不在執行向後操作，請 參考如第9圖所示：讀取超級塊的信息（S9〇〇);判斷 陣列是否為停止狀態？（S910);如果不是即結束擴容 向前流程’如果是，則設置擴容標記為擴容（S92〇);設 置擴容方向為向前（S930);更新超級塊的信息（S940); 喚醒遷移線程（S950)。 第10圖為本發明所提之較佳實施例方法流程圖，假設有一台 支援 RAID 線上擴容功能的 SAN (St〇rage Attached Netw〇rk)伺 服裔。飼服為令有12塊磁碟，假設利用其中的4塊磁碟開啟了一 個RAID设備（命名為mdl)，使用了一段時間後，發現^^^設 備mdl不能滿足使用者的存儲需求，在不中斷服務的情況下進行 擴容儲存空間。 此％利用伺服器上的線上擴容功能進行容量的擴容， 使用;又有被RAID佔用的設備（比如hdd12 ,第十二個插槽中的 磁碟）’通過使用者界面向mdl設備下達擴容命令（si〇〇〇)，通 過功此界面啓_核的擴容模塊將擴容啓動⑽⑻），滅擴容 12 1310132 啓動（S1200)後，啟動遷移線程（S1300)，把擴容的相關資訊分 配到遷移控制結構並寫入超級塊中，包括擴容的磁碟數、擴容磁 碟資訊、遷移單元大小、遷移速度上限、遷移狀態等必要資訊； 在遷移線程中，將不斷更新磁碟超級塊中的擴容資訊，以保證資 料遷移的安全性。 ' ' 當在擴容過程中突然系統斷電，擴容過程中斷（si4〇〇);在 -系統重新啓動後’ mdl恢復擴容啟動（s測）；若使用者想繼續 • 擴容過程’則進行讀取超級塊的信息（Sl_)，此時可判斷mdl 是否為停止狀態？（S1700)，如果是，則阻塞新發下來的1/〇請 求，等待仵列請求完成（Sl_)。在mdl擴容啓_，系統將超 級塊中圯錄的擴容資訊重新初始化給mdl陣列設備，裝載擴容的 擴容f訊’更改超級塊中的擴容狀態標記，根據使用者的擴容方 向確定擴容的呼叫模塊（本實施例為擴容重啓動），故設置擴容標 記為擴容（S1900)，重新更新超級塊的信息⑽〇〇)，然後喚醒 _ 遷移線程（S2KK)) ’重新開辦_擴容（S22〇〇)。 —雖然本發明贿述之較佳實施方式揭露如上，然其並非用以 定本电Θ本躺之技術人貞應當意鋼在不脫離本發明所附 之申請專補_揭示林购之顧和精神之情況下，所為之 -動’、:門ί均屬本發明之專利保護範圍之内。關於本發明所界 疋之保絲圍請參考騎之_請專利範圍。 【圖式簡單說明】 弟1圖為’I知之獨立磁碟之冗餘_線上擴容示意圖； 13 !310132 第2圖為習知之獨立磁碟之冗餘陣列線上擴容方法流程圖； 第3圖為本表明之獨立磁碟之冗餘陣列的線上擴容過程的中 斷與恢復方法流程圖； 第4圖為本發明所提之方法中關於擴容啓動處理模塊的方法 流程圖； 第5圖為本發明所提之方法巾關於更新超級塊信息的方法流 程圖；
第6圖為本發明所提之方法中關於用超級塊信息初始化啓動 陣列的方法流程圖； 第7圖為本發明所提之方法中關於擴容恢復處理模塊之擴容 重新啓動方法流程圖； 〃 第8圖為本發明所提之方法中關於擴容恢復處理模塊之擴容 向後方法流程圖； ' 繼本發明所提之方法中關於擴容恢復處理模塊之擴容 %續向刖方法流程圖；以及 •之較佳實施例方法流程圖 第⑴圖為本發明所提之方法_ 【主要元件符號說明】 10擴容_立_之冗餘陣列 20 新的磁碟 30擴容錢立_之冗餘陣列 14 1310132 S200接收包含各新增之驅動器名稱、新增之 新增之驅動器資訊、擴宠诘痄 数目 資訊 U賴之上限以及遷移單元之大小之擴容 SWG &配齡#訊郷擴料訊寫人齡麵立磁碟之冗 餘陣列之超級區塊，且創建一 " 之7Γ碰❾^ * 錄^月求與擴容前獨立磁碟 之几餘陣列之當剛遷移單元位址衝突之請求資訊之等待列 湖將齡_域叙冗物齡新敎驅㈣構造 成-個無須同步操作之臨時獨立磁碟之冗餘陣列 於容=以3待:^記錄之請求資訊並執行相應操作，依照 擴合貝似遷移早几為單位遷移擴容 料至臨時駐_之冗雜】，並=之几餘陣列之資 對擴容前駐鞭賺她切;^處理使用者 S240於f輸觸後，擴麵獨立磁狀冗 容後獨立磁碟之撕列之結構並釋放臨時獨立磁碟 S300擴容前資料處理 S310啟動遷移線程 S320擴容中斷處理 S330擴容恢復處理 S340喚醒遷移線程繼續擴容 S350遷移完成 15 1310132 控制===資訊，分配該擴容資訊到資料遷移 7並將廷些擴容資訊寫入超級塊 剛_原獨立磁碟之冗餘陣列與擴容的獨立磁碟之 陣列生成—個新的臨時齡磁碟之冗麟列 〃。 ” S420啓動遷移線程，按照遷移單元的大小將原獨立磁碟之 几餘陣列上的資料依次遷移到臨時獨立磁碟之冗餘陣列陣列上 S500設置空閒磁碟的位置
SM0將陣列中有關擴容資訊複製到超級塊的對應結構中 S520修改超級塊中記錄的位置編號 S530設置超級塊中磁碟的擴容標記 S600將超级塊中有關擴容資訊複製到陣列的對應結構中 S610取得超級塊中有關設備的描述信息 S620設置設備的擴容編號 S700、S800、S900讀取超級塊的信息 S710、S810、S910陣列是否為停止狀態？ S720、S820、S920設置擴容標記為擴容 S730、S840、S940更新超級塊的信息 S740、S850、S950喚醒遷移線程 S830設置擴容方向為向後 S930設置擴容方向為向前 S1000通過使用者介面向mdl設備下達擴容命令 S1100通過功能介面啓動内核的擴容模塊將擴容啓動 16 1310132 S1200 mdl擴容啓動 S1300啟動遷移線程 S1400系統斷電，擴容過程中斷 S1500系統重新啓動後，mdl恢復擴容啟動 S1600讀取超級塊的信息 S1700 mdl是否為停止狀態？ S1800阻塞新發下來的I/O請求，等待佇列請求完成
S1900設置擴容標記為擴容 S2000 更新超級塊的信息 S2100喚醒遷移線程 S2200重新開始陣列的擴容
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