專利名稱：獨立磁盤冗余陣列5擴展方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及獨立》茲盤冗余陣列(RAID, Redundant Array of Independent Disks)技術領域，具體涉及RAID5擴展方法及裝置。
背景技術：
RAID簡稱為"磁盤陣列"，RAID技術已廣泛應用于數據存儲的各種 場合，它的原理是利用多個硬盤的組合連成一個陣列，實現以快速、準確和 安全的方式來讀寫磁盤數據，從而達到提高數據讀寫速度和安全性的一種手 段；當一塊或多塊磁盤出現故障時，數據能夠依靠其它的磁盤計算出來，從 而不會造成數據的丟失。
其中RAID5最為常見，RAID5陣列是由不少于3塊》茲盤組成的一個陣 列，它以條帶的方式向陣列中的磁盤寫數據，以XOR檢驗為冗余方式，奇 偶校驗數據均勾存放在陣列中的各個磁盤上，對各個數據磁盤的訪問為異步 操作。這樣，任何一個硬盤損壞，都可以根據其它硬盤上的奇偶校驗位來重 建損壞的數據。其中，奇偶校驗數據由每個條帶中的數據位使用XOR運算 得出，這樣在一個磁盤發(fā)生損壞時，可以通過條帶中的數據位和奇偶校驗位 使用XOR運算來還原丟失的數據。
以下對RAID中常用的幾個概念進行說明
條帶又稱為Stripe;是陣列的不同分區(qū)上的位置相關的分塊的集合， 是組織不同分區(qū)上條塊的單位。
分區(qū)又稱為Extent;是一個磁盤上的地址連續(xù)的存儲塊。 一個磁盤可 以劃分為多個分區(qū)，每個分區(qū)可以大小不等，有時也稱為邏輯磁盤。
分塊又稱為Strip;將一個分區(qū)分成多個大小相等的、地址相鄰的塊，這些塊稱為分塊。分塊通常被認為是條帶的元素。虛擬磁盤以分塊為單位將 虛擬/磁盤的地址映射到成員-茲盤的地址。
XOR運算即異或運算，用于奇偶校驗，通常用符號" "表示，其運算 規(guī)則為
0 0=0, 0同0異或，結果為0 0 1 = 1， 0同1異或，結果為1 1 0=1， 1同0異或，結果為1 1 1=0， 1同1異或，結果為0 另A B=C <=> A C=B <=> B @ OA
圖1給出了現有的RAID5陣列存儲數據的過程，如圖1所示，RAID5 陣列由3塊磁盤Diskl 3組成，有6個數據塊需要寫入RAID5，數據塊分 成3個條帶寫入磁盤中，其中P1、 P2、 P3數據塊是奇偶校驗數據，分別由 每個條帶中的數據塊使用XOR運算得出P1=A B， P2=C D， P3=E F。 假設Diskl損壞，那么條帶1中的數據塊A,可以由B @ Pl得出；條帶3 中的數據塊E，可以由P3SE得出。
由以上可以得知，若RAID5陣列中有n塊硬盤，則硬盤的利用率為 (n-iyn，因為校驗數據需要使用 一塊硬盤的空間。
目前，擴展RAID5陣列的存儲空間需要插入硬盤，且需要對整個陣列 上的數據進行數據遷移和數據同步。數據遷移是由RAID的性質決定的，一 旦插入新》茲盤，由于重新生成條帶、重新分配地址，所以也必須重新進行數 據遷移；需要進行數據同步是因為新條帶的數據遷移完成之后，每個條帶中 原有的校驗數據還沒有更新，所以需要重新對每個新條帶進行校驗數據計 算，對整個RAID陣列重新計算校驗數據的過程也稱為同步。圖2給出了 RAID5陣列擴展時的數據遷移和數據同步過程，如圖2所示，設原始RAID5 陣列如圖1所示，現在需要將石更盤Disk4插入該RAID5陣列中，貝'J:
首先，重新計算條帶，原來每個條帶由3個分塊組成，插入Disk4后， 每個條帶變?yōu)樗膫€分塊，相應地，需要對每個條帶中的數據塊進行遷移，需要遷移的數據塊有C、 D、 E、 F,其中，數據塊C由條帶2中的Disk2遷 移至條帶1的Disk4，數據塊D由條帶2中的Disk3遷移至Diskl,數據塊E 由條帶3中的Diskl遷移至條帶2中的Disk2，數據塊F由條帶3中的Disk3 遷移至條帶2中的Disk3。
其次，數據塊遷移完成后，需要重新計算每個條帶的奇偶校驗數據P，， 如條帶l的Pl，- A B C,條帶2的P2、 D E F。
現有的RAID5陣列擴展時的數據遷移和數據同步機制的缺點如下
一、 數據遷移和同步速度慢，時間長，影響業(yè)務的運行。由于遷移時需 要對整個RAID5中的數據進行遷移，時間要比重新建陣列的時間長很多。
二、 對存儲系統性能影響大。遷移時，需要對每個條帶上的數據進行遷 移操作，遷移完成之后還需要對每個新條帶進行XOR運算來進行同步，嚴 重影響系統性 能。
發(fā)明內容
本發(fā)明提供RAID5擴展方法及裝置，以避免RAID5擴展時的數據遷移過 程，降低RAID5擴展時的系統資源消耗。 本發(fā)明的技術方案是這樣實現的 一種RAID5擴展方法，該方法包括
發(fā)現有新磁盤插入RAID5，為該新磁盤的每個條帶的分塊分配地址，該地 址在RAID5的原磁盤的所有分塊的地址之后，以使得數據先被寫入原磁盤，原 i茲盤寫滿后再寫入新》茲盤；
當新磁盤的分塊有數據時，重新計算該分塊所在條帶的奇偶校驗數據。 所述當新^磁盤的分塊有數據時，重新計算該分塊所在條帶的奇偶校驗數據 包括
當發(fā)現有新磁盤插入RAID5時，重新計算RAID5的每個條帶的奇偶校驗 數據；且，
當有數據寫入新石茲盤的分塊時，重新計算該分塊所在條帶的奇偶校驗數據。所述當新磁盤的分塊有數據時，重新計算該分塊所在條帶的奇偶校驗數據
包括
當發(fā)現有新》茲盤插入RAID5時，對于RAID5的每個條帶，若該條帶中至 少有一個原磁盤分塊已寫入數據，則重新計算該條帶的奇偶校賒數據；且，
當有數據寫入新磁盤的分塊時，重新計算該分塊所在條帶的奇偶校驗數據。
所述為該新^磁盤的每個條帶的分塊分配地址進一步包括將該新^磁盤的所 有分塊都初始化為0;
所述當新磁盤的分塊有數據時，重新計算該分塊所在條帶的奇偶校驗數據 包括當有數據寫入新一磁盤的分塊時，重新計算該分塊所在條帶的奇偶校驗數 據。
一種RAID5擴展裝置，該裝置包括
數據同步模塊，發(fā)現有新磁盤插入RAID5，為該新》茲盤的每個條帶的分塊 分配地址，該地址在RAID5的原磁盤的所有分塊的地址之后，以使得數據先被 寫入原-茲盤，原/磁盤寫滿后再寫入新》茲盤；
奇偶校驗模塊，當新磁盤的分塊有數據時，重新計算該分塊所在條帶的奇 偶校驗數據。
所述數據同步模塊包括地址分配模塊和初始化模塊，其中 地址分配模塊，發(fā)現有新磁盤插入RAID5，為該新萬茲盤的每個條帶的分塊 分配地址，該地址在RAID5的原磁盤的所有分塊的地址之后；
初始化模塊，發(fā)現有新磁盤插入RAID5，將該新磁盤的所有分塊都初始化
為0;
且，所述奇偶校驗模塊在發(fā)現有數據寫入新磁盤的分塊時，重新計算該 分塊所在條帶的奇偶校驗數據。
與現有技術相比，本發(fā)明中，發(fā)現有新磁盤插入RAID5時，為該新磁 盤的每個條帶的分塊分配地址，該地址在RAID5的原^磁盤的所有分塊的地 址之后，以使得數據先被寫入原磁盤，原磁盤寫滿后再寫入新磁盤；當新磁 盤的分塊有數據時，重新計算該分塊所在條帶的奇偶校驗數據。本發(fā)明在擴展RAID5時，優(yōu)先保證了業(yè)務的連續(xù)性，可以實現即插即用；無需進行數 據遷移，降低了系統資源消耗。
另外，本發(fā)明實施例中，發(fā)現有新磁盤插入RAID5時，進一步將該新 磁盤的所有分塊都初始化為0，這樣無需重新計算各條帶的奇偶校驗數據， 不會對系統性能產生影響，且兼具冗余性。
圖1為現有的RAID5陣列存儲數據的過程圖2為現有的RAID5陣列擴展時的數據遷移和數據同步過程示例圖3為本發(fā)明實施例一提供的RAID5擴展流程圖4為本發(fā)明實施例二提供的RAID5擴展流程圖5-1為本發(fā)明實施例提供的RAID5擴展應用示例圖一；
圖5-2為本發(fā)明實施例提供的RAID5擴展應用示例圖二；
圖5-3為本發(fā)明實施例提供的RAID5擴展應用示例圖三。
具體實施例方式
本發(fā)明的核心思想是當有新磁盤插入RAID5時，數據先寫入RAID5 的原磁盤中，原磁盤寫滿后再寫入新磁盤中，以避免數據遷移。 下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明再作進一步詳細的說明。 圖3為本發(fā)明實施例一提供的RAID5擴展流程圖，如圖3所示，其具 體步驟如下
步驟301:發(fā)現在RAID5中插入新石茲盤，為該新》茲盤的每個條帶的分 塊分配地址，每個分塊的地址在RAID5的原磁盤的所有分塊的地址之后。
例如新磁盤的第一個分塊地址為原磁盤的最后一個分塊的地址+N獲 得，N為正整數，新磁盤的后續(xù)分塊的地址依次遞加。將新磁盤的每個條帶 的分塊的地址設置在原磁盤的所有分塊的地址之后，是為了使得當有數據 寫入時，若原磁盤未滿，該數據會被先寫入原磁盤，原磁盤滿后，數據才會被寫入新/磁盤。
步驟302:發(fā)現有數據塊寫入新^i盤的分塊中，重新計算該分塊所在條 帶的奇偶校驗數據。
在本實施例中，當發(fā)現RAID5中插入新磁盤時，由于新磁盤中的每個 分塊通常都不為0,因此，可對RAID5的每個條帶的奇偶校驗數據進行更新， 更新方法有兩種
一種是，當發(fā)現RAID5中插入新磁盤時，對RAID5的所有條帶都重新 計算一次奇偶校驗數據。此后，當有數據寫入某個條帶時，無論是寫入該條 帶的原磁盤分塊還是新磁盤分塊，都需要重新計算該條帶的奇偶校驗數據。
另一種是，當發(fā)現RAID5中插入新磁盤時，對于RAID5的每個條帶， 判斷該條帶的所有原磁盤分塊中，是否至少有一個分塊已有數據寫入，若是， 重新計算該條帶的奇偶校驗數據；否則，不需重新計算該條帶的奇偶校驗數 據。且，此后，當有數據寫入某個條帶時，無論是寫入該條帶的原磁盤分塊 還是新磁盤分塊，都需要重新計算該條帶的奇偶校驗數據。
圖4為本發(fā)明實施例二提供的RAID5擴展流程圖，如圖4所示，其具 體步驟如下
步驟401:發(fā)現在RAID5中插入新》茲盤，為該新》茲盤的每個條帶的分 塊分配地址，每個分塊的地址在RAID5的原；茲盤的所有分塊的地址之后。 步驟402:將新》茲盤的所有分塊都初始化為0。
將新f茲盤的所有分塊都初始化為0,這是利用了 XOR的一個特性0 與任何數的異或結果都為該數本身。這樣，在插入新磁盤后，在沒有數據寫 入新磁盤的分塊時，就無需對該分塊所在條帶的奇偶校驗數據進行修改。
通過步驟401 -402， RAID5的數據同步已經完成，之后，若有新數據 寫入，則若原磁盤未滿，該數據會寫入原磁盤中，若原磁盤已滿，則該數據 會寫入新》茲盤中。
步驟403:發(fā)現有數據塊寫入新磁盤的分塊中，重新計算該分塊所在條 帶的奇偶校驗數據。圖3所示步驟301 ~ 302、圖4所述步驟401 ~ 403的#1行主體可為RAID5 中的f茲盤控制單元。
圖5為應用本發(fā)明實施例二的一個具體例子
如圖5-1所示，初始時，RAID5由3塊磁盤diskl ~ 3組成，有兩個數 據塊A、 B被寫入條帶l，其中，A被寫入Diskl, B被寫入Disk2,條帶1 的校驗塊Pl位于Disk3上，設Diskl 3的最后一個分塊的地址為12。
之后，如圖5 - 2所示，新磁盤Disk4被插入RAID5，為Disk4的每個 條帶的分塊分配地址，其中，條帶1的分塊的地址為100,條帶2的分塊的 地址為101，依此類推。然后，將Disk4的所有條帶的分塊都初始化為0。
如圖5-3所示，當此后有數據塊要寫入時，按照分塊的地址，該數據 塊會先被寫入Diskl 3, Diskl-3寫滿后，再寫入Disk4，且當數據塊寫入 Disk4的分塊后，要重新計算該分塊所在條帶的奇偶校驗數據如Pl，= A@B I。
以下給出本發(fā)明實施例一提供的RAID5擴展裝置，該裝置主要包括 數據同步模塊和奇偶校驗模塊，其中
數據同步模塊當發(fā)現有新磁盤插入RAID5時，為該新磁盤的每個條帶的 分塊分配地址，該地址在RAID5的原磁盤的所有分塊的地址之后，以使得數據 先被寫入原磁盤，原磁盤寫滿后再寫入新磁盤。
奇偶校驗模塊當發(fā)現有新磁盤插入RAID5時，重新計算RAID5的每個 條帶的奇偶校驗數據；且，當有數據寫入新磁盤的分塊時，重新計算該分塊所 在條帶的奇偶校驗數據?；蛘?，
當發(fā)現有新磁盤插入RAID5時，對于RAID5的每個條帶，若該條帶中至 少有一個原磁盤分塊已寫入數據，則重新計算該條帶的奇偶校驗數據；且，當 有數據寫入新磁盤的分塊時，重新計算該分塊所在條帶的奇偶校驗數據。
以下給出本發(fā)明實施例二提供的RAID5擴展裝置，該裝置也主要包括 數據同步模塊和奇偶校驗模塊，其中數據同步模塊又可包括地址分配模 塊和初始化模塊，各模塊的功能如下地址分配模塊發(fā)現有新磁盤插入RAID5，為該新磁盤的每個條帶的分塊分配地址，該地址在RAID5的原磁盤的所有分塊的地址之后。
初始化模塊發(fā)現有新磁盤插入RAID5，將該新磁盤的所有分塊都初始化為0。
奇偶校驗模塊當有數據寫入新磁盤的分塊時，重新計算該分塊所在條帶的奇偶校驗數據。
以上所述僅為本發(fā)明的過程及方法實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1、一種獨立磁盤冗余陣列RAID5擴展方法，其特征在于，該方法包括發(fā)現有新磁盤插入RAID5，為該新磁盤的每個條帶的分塊分配地址，該地址在RAID5的原磁盤的所有分塊的地址之后，以使得數據先被寫入原磁盤，原磁盤寫滿后再寫入新磁盤；當新磁盤的分塊有數據時，重新計算該分塊所在條帶的奇偶校驗數據。
2、 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述當新磁盤的分塊有數據時， 重新計算該分塊所在條帶的奇偶校驗數據包括當發(fā)現有新磁盤插入RAID5時，重新計算RAID5的每個條帶的奇偶校驗 數據；且，當有數據寫入新磁盤的分塊時，重新計算該分塊所在條帶的奇偶校驗數據。
3、 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述當新磁盤的分塊有數據時， 重新計算該分塊所在條帶的奇偶校-險數據包括當發(fā)現有新磁盤插入RAID5時，對于RAID5的每個條帶，若該條帶中至 少有一個原》茲盤分塊已寫入數據，則重新計算該條帶的奇偶校驗數據；且，當有數據寫入新磁盤的分塊時，重新計算該分塊所在條帶的奇偶校驗數據。
4、 如權利要求l所述的方法，其特征在于，所述為該新磁盤的每個條帶的 分塊分配地址進一步包括將該新磁盤的所有分塊都初始化為0;所述當新磁盤的分塊有數據時，重新計算該分塊所在條帶的奇偶校驗數據 包括當有數據寫入新磁盤的分塊時，重新計算該分塊所在條帶的奇偶校驗數 據。
5、 一種RAID5擴展裝置，其特征在于，該裝置包括 數據同步模塊，發(fā)現有新磁盤插入RAID5，為該新磁盤的每個條帶的分塊分配地址，該地址在RAID5的原磁盤的所有分塊的地址之后，以使得數據先被 寫入原磁盤，原磁盤寫滿后再寫入新磁盤；奇偶校驗模塊，當新-磁盤的分塊有數據時，重新計算該分塊所在條帶的奇偶校驗數據。
6、如權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述數據同步模塊包括地址 分配模塊和初始化模塊，其中地址分配模塊，發(fā)現有新磁盤插入RAID5，為該新^磁盤的每個條帶的分塊 分配地址，該地址在RAID5的原》茲盤的所有分塊的地址之后；初始化模塊，發(fā)現有新磁盤插入RAID5，將該新磁盤的所有分塊都初始化為0;且，所述奇偶校驗模塊在發(fā)現有數據寫入新磁盤的分塊時，重新計算該分 塊所在條帶的奇偶校驗數據。
全文摘要
本發(fā)明公開了獨立磁盤冗余陣列5擴展方法及裝置。方法包括發(fā)現有新磁盤插入RAID5，為該新磁盤的每個條帶的分塊分配地址，該地址在RAID5的原磁盤的所有分塊的地址之后；當新磁盤的分塊有數據時，重新計算該分塊所在條帶的奇偶校驗數據。本發(fā)明降低了RAID5擴展時的系統資源消耗。
文檔編號G06F3/06GK101482802SQ20091007815
公開日2009年7月15日 申請日期2009年2月18日 優(yōu)先權日2009年2月18日
發(fā)明者余劍聲, 策 孫, 陳乾業(yè) 申請人:杭州華三通信技術有限公司