磁碟冗餘陣列設備的自動重建方法
2023-07-21 14:02:36
專利名稱：磁碟冗餘陣列設備的自動重建方法
技術領域：
本發明涉及一種自動重建方法，特別是關於一種基於硬碟位置的磁碟冗餘陣列的自動重建方法。
背景技術：
磁碟冗餘陣列(Redundant Arrays of Inexpensive Disks；RAID，以下僅以RAID代替)設備，使用若干硬碟，組成一個單獨的儲存設備，提供更大的容量、更快的存取速度或數據冗餘功能。這些硬碟稱為這個RAID設備的成員(Member)硬碟。根據其數據組織方式的不同，分為Linear、RAID-0、RAID-1、RAID-5等。其中RAID-1和RAID-5提供了數據冗餘功能。
如圖1所示，是RAID設備的狀態和重建操作。數據冗餘功能是指，當RAID設備的一個或多個成員損壞時，這個RAID設備上的數據仍然保持完好無損。這時的RAID設備進入降級(Degraded)狀態，應該儘早對其進行重建(Rebuild)工作。重建工作，就是使用一個新的硬碟，取代原來壞掉的硬碟，使RAID設備恢復到正常(Normal)狀態。
當前市場上使用RAID設備的各種產品，包括NAS(Network-attachedStorage)、SAN(Storage Area Network)等儲存伺服器，以及其它產品。
而這些產品的自動重建(Auto-Rebuild)功能，是依靠熱備援(HotSpare)功能實現。如圖2所示，熱備援是在指RAID設備中，包含的若干個特殊的硬碟，這些硬碟不是RAID設備的成員硬碟，所以不用於儲存用戶數據，而是在RAID設備降級時，自動頂替壞掉的成員硬碟，重建RAID設備。而這塊熱備援，就變成了RAID設備的成員硬碟。這種自動重建的缺點是，要佔用多餘的硬碟。
發明內容
鑑於以上的問題，本發明的主要目的在於提供一種RAID設備的自動重建方法，當一個RAID設備降級的時候，沒有現成的熱備援，就需要用新硬碟重建RAID設備，我們可以依據硬碟的位置信息，實現這種情況下的自動重建；即，只要有新硬碟插在正確的位置上，系統就自動地對RAID設備進行重建操作。這一功能在支持硬碟「熱插拔」(Hot-swap)的系統上尤其有用。
為達上述目的，本發明提出一種RAID設備的自動重建方法，此RAID設備包含多個成員硬碟並應用於儲存設備上，且此儲存設備還包含多個硬碟位置來設置硬碟，其步驟包含首先，讀取儲存設備的配置信息，而儲存位置的配置信息包括了可用於自動重建的硬碟位置；再去查詢儲存設備的狀態信息；然後，根據儲存設備的狀態信息，刷新儲存設備的配置信息；最後，根據儲存設備的配置信息，當RAID設備具有降級的成員硬碟時，從可用於自動重建的硬碟位置除來加入一個新硬碟，而重建RAID設備。
有關本發明的特徵與實作，現配合圖示作最佳實施例詳細說明如下。
圖1為先前技術的RAID設備的狀態和重建操作的示意圖；圖2為先前技術的基於熱備用的自動重建的示意圖；圖3是本發明的RAID設備的自動重建方法的流程圖；圖4是本發明中IDE總線位置示意圖；圖5是本發明的儲存設備狀態信息查詢程序的流程圖；圖6是本發明的自動重建程序的流程圖；圖7是本發明的具備流程控制的自動重建方法的流程圖；圖8是本發明的實施例的支持自動重建功能的NAS伺服器；圖9是本發明的實施例的第一種選擇的示意圖；及圖10是本發明的實施例的第二種選擇的示意圖。
其中，附圖標記說明如下步驟100讀取儲存設備的配置信息(存儲設備配置信息查詢程序)步驟200查詢儲存設備的狀態信息(存儲設備狀態信息查詢程序)步驟210獲取所有硬碟的位置信息(硬碟位置信息查詢程序)步驟211獲取硬碟列表(硬碟列表查詢程序)
步驟212根據硬碟的類型，分別獲取其位置信息(硬碟位置信息取得程序)步驟220查詢RAID設備的狀態信息(RAID設備狀態信息查詢程序)步驟300刷新儲存設備的配置信息(儲存設備配置信息刷新程序)步驟400根據儲存設備的配置信息，在RAID設備降級時，自硬碟位置處加入新硬碟，重建RAID設備(自動重建程序)步驟410確認RAID設備的成員硬碟是否降級步驟420確認是否有可用於自動重建的新硬碟步驟430重建降級的RAID設備的成員硬碟步驟500控制自動重建過程的操作頻率(流程控制程序)具體實施方式
請參照圖3所示，本發明所提供的RAID(磁碟冗餘陣列)設備的自動重建方法，是應用於使用RAID技術的儲存設備，如NAS、SAN等儲存伺服器，或其它產品上，其步驟包含(A)儲存設備配置信息查詢程序(步驟100)首先，讀取儲存設備的配置信息；(B)儲存設備狀態信息查詢程序(步驟200)接著，查詢儲存設備的狀態信息，其中主要包括RAID設備的狀態和所有硬碟的位置信息；(C)儲存設備配置信息刷新程序(步驟300)根據狀態信息，刷新儲存設備的配置信息(Configuration)；以及(D)自動重建程序(步驟400)根據配置信息，將儲存設備的硬碟位置上的新硬碟加入為RAID設備的成員硬碟，而重建RAID設備。
以下即對於本發明如何實現基於硬碟位置的RAID設備的自動重建作一詳細說明。
(A)儲存設備配置信息查詢程序(步驟100)這個程序(步驟100)用於讀取儲存設備的配置信息。最重要的配置信息是RAID設備的配置信息，尤其是可以用於自動重建的硬碟位置列表。當然，也可以包括其它類型的配置信息。
請參照圖4，對IDE硬碟，其位置可以用IDE總線位置記錄。IDE總線可以有多個通道(Channel)，最常用的個人計算機(PC)的IDE總線一般有2個通道，稱為主通道(Primary)和從通道(Secondary)。而使用IDE硬碟的儲存伺服器，如NAS和SAN，IDE總線可以有多於2個的通道。每個IDE通道可以連接2塊IDE硬碟，分別稱為主盤和從盤。這樣，有幾個IDE通道，就可以有雙倍的IDE硬碟個數。知道了IDE硬碟的通道號，以及它的主/從屬性，也就知道了IDE硬碟的總線位置。
對SCSI硬碟，其位置可以用SCSI總線位置記錄。SCSI總線位置信息是一個4-D(Dimensional，維度)的坐標(主機(Host)，通道(Channel)，Id，Lun)。
主機(Host)對應於SCSI硬碟所連接的SCSI控制器(SCSI Adapter)，即SCSI卡或SCSI控制晶片。每個SCSI控制器都有自己的名字，一般是其廠商的名字，如BusLogic，或其型號，如AAR81XX。每個SCSI控制器在LINUX系統中有一個屬於自己的數字編號。這個編號並不固定，是LINUX系統依據啟動順序對各個SCSI控制器從0開始依次安排的。
Channel是通道，每個SCSI控制器可以有若干通道。每個通道有一個屬於自己的數字編號。
Id是設備編號，每個通道上可以連接若干設備，當然也可以是硬碟。每個設備有一個屬於自己的數字編號。
Lun(Logical Unit Number)是邏輯單元編號，每個SCSI設備可以有若干邏輯單元，實現子設備的功能。每個邏輯單元有一個屬於自己的數字編號。
舉例而言，(BusLogic，0，0，0)就是一個SCSI硬碟的位置，表示這個硬碟的SCSI控制器是BusLogic，通道號為0，設備號為0，邏輯單元編號為0。
例如下面的配置信息，就記錄了一個RAID設備的可用於自動重建的硬碟位置信息列表。
RAID1
AutoRebuild Type＝」IDE」Position＝」Channel2，Master」
AutoRebuild Type＝」IDE」Position＝」Channel3，Master」
AutoRebuild Type＝」SCSI」Position＝」BusLogic，0，2，0」
AutoRebuild Type＝」SCSI」Position＝」BusLogic，0，3，0」
/RAID1
其中記錄了4個可以用於自動重建的硬碟的位置信息的列表。表示有2塊IDE硬碟和2塊SCSI硬碟可以用於RAID設備的重建操作。它們的位置信息被記錄在各自的位置(Position)變量之中。
(B)儲存設備狀態信息查詢程序(步驟200)儲存設備的狀態信息，主要包括RAID設備的狀態，和所有硬碟的位置信息。
如圖5所示，儲存設備狀態信息查詢程序(步驟200)包含硬碟位置信息查詢程序(步驟210)與RAID設備狀態信息查詢程序(步驟220)，而硬碟位置信息查詢程序(步驟210)包含有硬碟列表查詢程序(步驟211)以及硬碟位置信息取得程序(步驟212)。
其中，要獲取所有硬碟的位置信息(步驟210)，首先要獲取系統中的所有硬碟設備的列表(步驟211)，然後根據每塊硬碟的類型，分別獲取其位置信息(步驟212)。
硬碟列表查詢程序(步驟211)負責獲取系統中的所有硬碟設備的列表，在LINUX下，讀取/proc/partitions文件即可獲得所有硬碟的設備名，如「hde」、「sda」等等。
硬碟位置信息取得程序(步驟212)，需要根據硬碟的類型分別做處理。在LINUX下，對IDE硬碟，其設備名以「hd」開頭。其設備名的後半部分與其總線位置一一對應第一個通道的主盤(Master)，對應設備名為hda；第一個通道的從盤(Slave)，對應設備名為hdb；第二個通道的主盤(Master)，對應設備名為hdc；第二個通道的從盤(Slave)，對應設備名為hdd；第三個通道的主盤(Master)，對應設備名為hde；第三個通道的從盤(Slave)，對應設備名為hdf；第四個通道的主盤(Master)，對應設備名為hdg；第四個通道的從盤(Slave)，對應設備名為hdh；……所以，知道了IDE硬碟的設備名，也就知道了IDE硬碟的位置。而對SCSI硬碟，在LINUX下有專門的系統API(Application ProgrammingInterface)用於獲取其位置信息，調用ioctl的SCSI_IOCTL_GET_IDLUN功能即可。但此時獲取的是數字的4-D坐標，如果要獲取主機(Host)的名稱，還要讀取/proc/scsi/下的目錄結構信息，做匹配即可。
RAID設備狀態信息查詢程序(步驟220)，用於查詢RAID設備的狀態信息。尤其要查詢RAID設備是否降級，以及RAID設備當前的成員硬碟列表。在LINUX下，讀取/proc/mdstat文件即可。
(C)儲存設備配置信息刷新程序(步驟300)儲存設備配置信息刷新程序(步驟300)的用途是，根據剛才所獲取的儲存設備的狀態信息，刷新儲存設備的配置信息，尤其是要根據RAID設備的狀態信息刷新RAID設備的成員硬碟列表。這樣可以在下一次系統重新啟動時，為啟動RAID設備提供參考。
(D)自動重建程序(步驟400)如圖6所示，這是最核心的功能，首先確認RAID設備的成員硬碟是否降級？(步驟410)，再確認是否有可用於自動重建的硬碟？(步驟420)，並基於前面已經做完的充分的準備操作，確定哪些硬碟位置上的硬碟可用於重建RAID設備，並使用這些硬碟重建降級的RAID設備的成員硬碟。(步驟430)由於這個新硬碟開始時不是RAID設備的熱備援，不包含在RAID設備中，所以減少了RAID設備佔用的硬碟個數。這塊硬碟在未被佔用時，可以用來創建其它的RAID設備。
而重建操作要使用RAID工具的指定接口。在LINUX下，對軟體實現的RAID設備，使用raid-tools中的raidhotadd命令即可。
此外，如圖7所示，本發明所提供的RAID設備的自動重建方法更可包含一流程控制程序(步驟500)，用於控制系統進行RAID操作的頻率。根據需求，可以進行如下三種流程控制1.控制操作次數可以是任意次，甚至無窮多次。如果是無窮多次，這個進程最好放在系統後臺運行。
2.控制兩次操作之間的時間間隔；比如1秒或5秒，以減輕系統的負擔。
3.檢驗是否要退出操作如果在需求中考慮到了用戶要求系統停止運行，或者系統關機的情況，就要判斷這些事件是否發生，以決定是否停止操作。
而且，本發明還由一實施例來對於本發明的實施方式協助說明。
首先，如圖8所示，假設有一臺支持我們的自動重建功能的NAS(Network-attached Storage)伺服器，它提供了4個硬碟插槽，而且這些硬碟插槽的總線位置都是固定的，都支持熱插拔。如圖，對四個插槽上的硬碟，我們從左至右分別命名其為HDD1、HDD2、HDD3、HDD4。
假設開始時HDD1和HDD2中插有硬碟，HDD3和HDD4為空。通過NAS的操作接口，使用硬碟HDD1和HDD2創建一個RAID-1設備，我們將這個RAID設備命名為MD1。在創建MD1時，我們指定HDD1、HDD2和HDD3可以用作MD1的自動重建。我們指定其使用基於硬碟位置的自動重建，而不是使用熱備援，因為此時插槽HDD3上甚至沒有硬碟。
再假設在使用了一段時間之後，硬碟HDD2損壞，就會導致MD1降級，其成員硬碟只剩下HDD1。這時，我們有2種選擇，可以重建這個RAID設備，使其恢復完整。
第一種選擇是，如圖9所示，拔掉HDD2中已經壞掉的硬碟，將一個新硬碟插進HDD2。操作完成！此時的MD1仍由HDD1和HDD2組成。
第二種選擇是，如圖10所示，直接將一個新硬碟插進HDD3。操作完成！此時MD1由HDD1和HDD3組成。
此外還有一種方式，那就是在降級之前就在HDD3中插入空硬碟。那麼，在降級時的自動重建操作會自動進行，其效果相當於使用熱備援。
綜合上述，本發明所提供的RAID(磁碟冗餘陣列)設備的自動重建方法，具有下列優點1、對支持硬碟熱插拔的系統，可以完善系統功能。
2、操作簡單，容易掌握。因為這種重建操作基於硬碟的位置，用戶只要將硬碟插對位置即可完成操作。
3、不依賴熱備援，所以平時不佔用多餘的硬碟。
雖然本發明以前述的較佳實施例揭露如上，但是其並非用以限定本發明，任何本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，所作出的等效結構變化，均包含在本發明的專利範圍內。
權利要求
1.一種RAID設備的自動重建方法，該RAID設備包含多個成員硬碟並應用於一儲存設備上，該儲存設備還包含多個硬碟位置以設置多個硬碟，其特徵在於，包括如下步驟讀取該儲存設備的配置信息，且該儲存設備的配置信息包含一可用於自動重建的硬碟位置；查詢該儲存設備的狀態信息；根據該儲存設備的狀態信息，刷新該儲存設備的配置信息；及根據該儲存設備的配置信息，在該RAID設備的該些成員硬碟中具有一降級的成員硬碟時，自該可用於自動重建的硬碟位置處加入一新硬碟，以重建該RAID設備。
2.如權利要求1所述的RAID設備的自動重建方法，其特徵在於，該儲存設備的狀態信息包括該RAID設備的狀態與該RAID設備的該些成員硬碟與該儲存設備的該些硬碟的位置信息。
3.如權利要求1所述的RAID設備的自動重建方法，其特徵在於，該查詢儲存設備的狀態信息的步驟，包含下列步驟獲取該RAID設備的該些成員硬碟與該儲存設備的該些硬碟的位置信息；及查詢該RAID設備的狀態信息。
4.如權利要求3所述的RAID設備的自動重建方法，其特徵在於，該獲取該RAID設備的該些成員硬碟與該儲存設備的該些硬碟的位置信息的步驟，包含下列步驟獲取該RAID設備的該些成員硬碟與該儲存設備的該些硬碟的列表；及根據該些成員硬碟與該些硬碟的類型，分別獲取其位置信息。
5.如權利要求3所述的RAID設備的自動重建方法，其特徵在於，該RAID設備的狀態信息包含用於判斷該RAID設備的該些成員硬碟是否降級的信息與該RAID設備的該些成員硬碟的列表。
6.如權利要求1所述的RAID設備的自動重建方法，其特徵在於，該重建該RAID設備的步驟，包含下列步驟確認該RAID設備的該些成員硬碟是否降級；確認是否有可用於自動重建的該新硬碟；及重建降級的該RAID設備的成員硬碟。
7.如權利要求1所述的RAID設備的自動重建方法，其特徵在於，還包括一控制該RAID設備的自動重建過程的操作頻率的步驟。
全文摘要
一種RAID設備的自動重建方法，該RAID設備包含多個成員硬碟並應用於一儲存設備上，該儲存設備還包含多個硬碟位置以設置多個硬碟，該方法包括如下步驟讀取該儲存設備的配置信息，且該儲存設備的配置信息包含一可用於自動重建的硬碟位置；查詢該儲存設備的狀態信息；根據該儲存設備的狀態信息，刷新該儲存設備的配置信息；及根據該儲存設備的配置信息，在該RAID設備的該些成員硬碟中具有一降級的成員硬碟時，自該可用於自動重建的硬碟位置處加入一新硬碟，以重建該RAID設備。故在RAID設備降級時，只要在正確的位置上插上新的硬碟，即可自動地對RAID設備進行重建操作，平時並不會佔用到多餘的硬碟，從而避免硬體資源的浪費。
文檔編號G06F3/06GK1808365SQ20051000456
公開日2006年7月26日 申請日期2005年1月17日 優先權日2005年1月17日
發明者劉文涵, 宋建福, 李東海 申請人:英業達股份有限公司