[发明专利]一种基于软RAID支持无分组式全局热备盘的磁盘阵列系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于软RAID支持无分组式全局热备盘的磁盘阵列系统，属于计算机数据存储领域。 

背景技术

在大容量数据存储领域，通常采用各种类型的RAID搭建基础架构，进行数据存储，RAID是Redundant Arrays of Independent Disks的缩写，称作独立磁盘冗余阵列，简称磁盘阵列。比较常用的RAID有RAID0、RAID1、RAID5和RAID6等。其中RAID0主要是为了提高读写性能，不具有冗余能力。其它RAID则具有不同程度的数据冗余：RAID1对磁盘做了镜像，冗余度达到50％，某个磁盘损坏时可以利用另一个镜像磁盘进行重建；RAID5的每个条带含有1个校验块，支持任意损坏其中一个磁盘、通过其它磁盘上的奇偶校验块来重建数据；RAID6的每个条带含有2个校验块，支持任意损坏其中两个磁盘、通过其它磁盘上的奇偶校验块来重建数据。对于这些冗余RAID，当出现的坏盘个数在允许的范围内时，不会丢失有效数据，但会导致系统性能的下降，此时可以人工操作，将损坏的磁盘替换出来，换成好的磁盘进行数据重建；然而，如果损坏的磁盘不能被及时替换，或者同时出现的坏盘个数超过了该冗余RAID允许的坏盘数，便会发生数据丢失，此时再对坏盘进行替换已经于事无补了，为避免这种情况的发生，可以设置热备盘。 

磁盘阵列系统包含1个或多个RAID。热备盘是磁盘阵列系统中空闲、但处于加电待机状态的磁盘。热备盘分为本地热备盘(Local Spare Drive)和全局热备盘(Global Spare Drive)两种，本地热备盘仅负责单个RAID，全局热备盘则负责多个RAID组成的组。全局热备盘能够实现多个RAID间的热备盘共享，并尽可能节约成本。热备盘在容量上要不小于该热备盘负责的RAID中容量最小的成员盘。当RAID中某个成员盘损坏后，热备盘能够自动代替损坏的磁盘，并把原来存储在该损坏磁盘上的数据重建到热备盘上，重建成功后，热备盘就转变成该RAID的一个成员盘，保证了RAID的性能和数据完整性。 

软RAID是把若干磁盘，根据使用方向的不同，聚合起来成为一个大的虚拟RAID设备，如果每个磁盘容量不一致，以最小容量的磁盘为基础。软RAID在实现上需要操作系统的支持，在Linux操作系统中，软RAID是通过“mdadm”来创建和管理的。“mdadm”是一个专门用来创建和管理软RAID的软件，在大多数Linux系统中已经默认安装。在安装了mdadm的Linux操作系统中，最常用的创建RAID的方法是使用mdadm的“-C”或“-create”参数来创建。该方法在创建RAID时，会将RAID成员盘或者热备盘上特定位置开始4KB大小的空间设置为超级块(superblocks)，并把RAID的信息写入到每个成员的超级块(superblocks)中，RAID的信息包括RAID的级别、包含的成员，以及RAID的UUID等。RAID创建成功后，为方便管理，通常将RAID的主要配置信息记录在“/etc”目录下一个名为“mdadm.conf”的配置文件中，该配置文件需要实时更新，以便反映系统当前的RAID状况；RAID状况包括RAID的级别、当前状态和包含的成员盘等信息；RAID的当前状态，包括初始化状态、rebuilding、online、warning、critical、offline等，其中，初始化状态表示正在进行初始化，即应用mdadm创建RAID的过程；rebuilding表示正在进行重建，即利用热备盘对RAID中的坏盘进行替换；online是初始化完成，可以正常使用的状态；warning、critical、offline状态表示该RAID存在问题，比如，三块磁盘建立的RAID5，初始化完成后，为online状态，而其中一块硬盘发生物理故障时，该RAID为critical状态，但仍可继续使用，若有两块磁盘发生故障，该RAID会变为offline状态，无法继续使用，warning状态只有在RAID6中才有，四块磁盘建立一个RAID6，有一块磁盘发生故障是warning状态，两块磁盘故障是critical，三块故障则是offline状态。