專利名稱：利用異或校驗磁盤陣列寫數(shù)據(jù)的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及》茲盤陣列的寫數(shù)據(jù)技術(shù)，尤其涉及利用異或校驗的 磁盤陣列寫數(shù)據(jù)的技術(shù)。
背景技術(shù)：
3蟲立/f茲盤冗余卩車歹'J(RAID, Redundant Array of Inexpensive Disks) 技術(shù)已經(jīng)廣泛地被應(yīng)用在數(shù)據(jù)存儲備份領(lǐng)域中。可以將現(xiàn)有的 RAID級別劃分為三類無冗余、基于銷:像的、基于XOR的。RAIDO 就是無冗余的，它不存在校驗數(shù)據(jù)?；阽R像的磁盤陣列包括 RAID1、 RAIDIO等，這種才支術(shù)4吏用一個或多個獨立的^茲盤來備4分 數(shù)據(jù)，這些磁盤通常被稱為"鏡像盤"。而基于XOR校驗的磁盤陣 列，例如RAID3、 RAID5、 RAID6等，這種才支術(shù)^)尋凄史據(jù)以條帶(Stripe) 的方式存方文，條帶中分布在每個》茲盤上的^t據(jù)稱為條帶單元(Stripe Unit),也可成為段(Segment)。以RAID5為例，在一個條帶中，佳_ 用 一個條帶單元來存放校驗數(shù)據(jù)，校驗數(shù)據(jù)等于該條帶中其它條帶 單元異或的結(jié)果。至于條帶單元大小視系統(tǒng)而定， 一般為64KB。 如圖l所示，為5個盤的RAID5，其中條帶單元大小為4KB, D代 表數(shù)據(jù)塊，P代表校驗數(shù)據(jù)。圖2描述的是存儲子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。存儲子系統(tǒng)100包括一個 或多個RAID控制器103。 RAID控制器103通過通信協(xié)_漢102連接到主機101上。通信協(xié)議102包括并4亍SCSI, SAS(Serial attached SCSI)， FC(FiberChannel)和一些其它并行接口 、高速串4亍才妄口等。RAID控制器103通過通信協(xié)議104與》茲盤子系統(tǒng)109連接。 協(xié)議104與協(xié)議102類似?！菲澅P子系統(tǒng)109由一個或多個f茲盤108 以某種RAID算法組織起來陣列的集合。磁盤子系統(tǒng)108可以包括 多種RAIDO、 RAID1、 RAID5等多種RAID算法。圖3描述的是RAID控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在RAID控制器103中， 中央處理器(CPU)201通過處理器總線207連接到內(nèi)存設(shè)備、外圍設(shè) 備以及協(xié)助處理單元上。RAM 204和NVRAM 205屬于內(nèi)存設(shè)備， 它們存儲操作系統(tǒng)指令、控制器配置信息、buffer空間、cache空間 等。主機接口 200將主機端傳送過來的信號與總線信號相互轉(zhuǎn)換， 而磁盤接口 206則是將總線信號與磁盤驅(qū)動信號相互轉(zhuǎn)換。DMA202用于提高RAID控制器的性能。DMA202可以使數(shù)據(jù) 在RAM 204與主才幾端口 200和^茲盤端口 206直4妾進4亍傳llr,古丈而 減少了 CPU負才旦。RPA(RAID Parity assist)203提供才交-驗孑言息計算功 能。RAID控制器103接收來自磁盤端口 206的數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù) 發(fā)送到RPA 203, RPA 203計算凄t據(jù)的才i-瞼信息，之后通過石茲盤端 口 206將校驗信息傳回磁盤子系統(tǒng)。當(dāng)向使用異或校驗的磁盤陣列中寫數(shù)據(jù)時，必須更新要寫數(shù)據(jù) 所在條帶的校驗數(shù)據(jù)，這樣才能保證在有》茲盤失效的情況下，可以 通過其它數(shù)據(jù)以校驗數(shù)據(jù)計算出失效盤的數(shù)據(jù)。也就是說，在寫數(shù) 據(jù)同時，要先預(yù)讀條帶中的數(shù)據(jù)，這樣才能得出正確的校驗數(shù)據(jù)。 寫數(shù)據(jù)主要有兩種方式 一種叫小寫(small write)或讀-修改-寫 (read-modify畫write)， 另 一 種叫大寫(large write)或重建寫 (reconstrut-write)。這兩種方法其目的是要減少在寫數(shù)據(jù)過程中預(yù)讀 的次凄t。仍以RAID5為例，數(shù)據(jù)讀寫的基本單位是條帶。如果想要向0 扇區(qū)寫入數(shù)據(jù)"Q，按照小寫的方式，有以下步驟
1 )首先確定0扇區(qū)所在的條帶，讀出0扇區(qū)數(shù)據(jù)^以及條帶 中校驗數(shù)據(jù)P。，存入緩存中；
2 )計算新校驗P。 = P。
"。
A ，存入緩存；將新數(shù)據(jù)"。寫入 扇區(qū)0，新4交-驗^寫入凄t據(jù)塊Po 。
按照大寫的方式，有以下步驟
1 )首先確定扇區(qū)0所在的條帶0，讀出8號扇區(qū)"8、 16號扇 區(qū)"is以及24號扇區(qū)"24，存入緩存；
2 )然后計算新校驗A = "Q "8 "16 "24 ，存入緩存；最后將
新數(shù)據(jù)"。寫入扇區(qū)0,新校驗&寫入數(shù)據(jù)塊Po 。
上面的例子中，由于rmw要預(yù)讀2次數(shù)據(jù)，rcw要預(yù)讀3次彰: 據(jù)，所以選擇rmw作為這次寫數(shù)據(jù)的方式。
但是，無論是rmw還是rcw，在寫一次數(shù)據(jù)時都需要預(yù)讀數(shù)據(jù)， 即在寫數(shù)據(jù)過程中伴隨著讀數(shù)據(jù)。有一種特殊情況，在寫數(shù)據(jù)時， 條帶中每個數(shù)據(jù)塊都有寫請求，這時就不需要預(yù)讀數(shù)據(jù)，這種情況 稱為"滿條帶寫，，(full stripe write)。仍以圖l為例，O號扇區(qū)、8號
扇區(qū)、16號扇區(qū)、24號扇區(qū)均有新數(shù)據(jù)寫入，分別記為< 、"8 、《、
"24 ，那么新校驗A = 4 《6 "24 ,不需要預(yù)讀數(shù)據(jù)，就完成 了一次寫請求。
6文獻US5506977中，根據(jù)條帶中寫請求的個數(shù)來決定使用rcw 或者rmw的方式。這種方法可以有效地減少了預(yù)讀數(shù)據(jù)的次數(shù)。但 是沒有提供一種機制來盡量達到滿條帶寫的條件。并且沒有區(qū)別對 待滿條帶寫與部分條帶寫(partial stripe write),影響了寫梯:作的性能 和帶寬。

發(fā)明內(nèi)容
基于此，本發(fā)明的主要目的在于才是供一種一次處理專交多的寫請 求的方法，盡量滿足滿條帶寫條件，以減少預(yù)讀的次數(shù)，提高了寫 操作的帶寬。同時，該方法優(yōu)先處理滿條帶寫，并為部分條帶寫請 求設(shè)置最后期限，避免了部分條帶寫請求餓死的情況，從而進一步 提高寫操作的帶寬。
本發(fā)明提出了一種利用異或校驗磁盤陣列寫數(shù)據(jù)的方法，包括 以下步驟將寫請求轉(zhuǎn)換為一個或多個條帶請求；將條帶請求加入 到優(yōu)先級隊列中；以及對優(yōu)先級隊列中的所述條帶i青求進4亍處理。
其中，在將寫請求轉(zhuǎn)換為一個或多個條帶請求的步驟之后，還 包括以下步驟判斷條帶請求的預(yù)讀是否^^皮激活，如果沒有^C激活， 則將條帶請求延遲一個時間tl，并且在時間tl過去之后，激活條帶 的預(yù)讀，執(zhí)行將條帶請求加入到優(yōu)先級隊列中的步驟。
其中，在判斷條帶請求的預(yù)讀是否被激活的步驟中，如果判斷 條帶請求的預(yù)讀是被激活的，則立即處理所述條帶請求。
其中，在將條帶請求加入到優(yōu)先級隊列中的步驟中，具體包括 以下步驟判斷條帶請求是否為滿條帶寫，如果為滿條帶寫，則將 所述條帶請求加入到高優(yōu)先級隊列中。
7其中，如果條帶請求不為滿條帶寫，則將條帶請求加入到低優(yōu) 先級隊列中，并為條帶請求設(shè)置一個最后期限。
其中，在對優(yōu)先級隊列中的條帶請求進行處理的步驟中，具體
包括以下步驟判斷低優(yōu)先級隊列中是否有超過所述最后期限的條 帶請求；如果有，則處理低優(yōu)先級隊列中的條帶請求。
其中，如果低優(yōu)先級隊列中沒有超過最后期限的條帶請求，則 判斷高優(yōu)先級隊列是否為空，如果是，則處理低優(yōu)先級隊列中的條 帶請求。
其中，如果高優(yōu)先級隊列不為空，則處理高優(yōu)先級隊列中的條 帶"i青求。
其中，對優(yōu)先級隊列中的條帶請求進4亍處理的步驟由一個單獨 的線禾呈來完成。
本發(fā)明還提出了 一種利用異或校驗磁盤陣列寫數(shù)據(jù)的裝置，包 括條帶請求轉(zhuǎn)換單元，用于將寫請求轉(zhuǎn)換為一個或多個條帶請求；
存儲單元，用于以優(yōu)先級隊列的形式存儲條帶請求；以及處理單元， 用于對優(yōu)先級隊列中的條帶請求進行處理。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明引入了條帶延遲機制，這有利于一次 處理更多的寫請求，減少了在寫操作中預(yù)讀數(shù)據(jù)的次數(shù)，提高了寫 操作的帶寬。此外，本發(fā)明又引入了優(yōu)先級隊列，使得滿條帶寫請 求優(yōu)先處理，并為部分條帶寫請求設(shè)置了最后期限值，保證了低優(yōu) 先級隊列中的請求不會被餓死，進一步提高了寫請求的帶寬及性能。


此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申 請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并
不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中
圖1是RAID5磁盤陣列數(shù)據(jù)分布的示意圖2是存儲子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖3是RAID控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖4是根據(jù)本發(fā)明使用異或校驗的》茲盤子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖5是根據(jù)本發(fā)明引入條帶延遲機制后處理寫數(shù)據(jù)的算法流程
圖6是根據(jù)本發(fā)明引入優(yōu)先級隊列之后處理寫數(shù)據(jù)的算法流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的說明。
本發(fā)明纟是供一種方法，該方法優(yōu)先處理滿條帶寫，并為部分條 帶寫請求設(shè)置最后期限，避免了部分條帶寫請求餓死的情況，從而
進一步提高寫操作的帶寬。本發(fā)明提高寫操作帶寬的方法大體上包 ^括以下步驟
第一步將寫請求加入到相應(yīng)的條帶請求中，記條帶請求集合 為RA，條帶i青求為R。第二步對于RA每個R，首先判斷R的預(yù)讀是否激活，如果 R的預(yù)讀被激活，且R中有寫請求，那么立即處理這個請求。否則 轉(zhuǎn)到步驟3。
第三步R的預(yù)讀沒有被激活，延遲R,將R放到延遲隊列中。 啟動定時器，當(dāng)定時器到期時，激活R的預(yù)讀。
第四步判斷R是否為滿條帶寫，如果是的話，則將R加入到 高優(yōu)先級隊列中，否則，將R加入到^f氐優(yōu)先級隊列，并為R^殳置最
后期限。
第五步啟動一個線程，該線程首先判斷^氐優(yōu)先級隊列中是否 有R超時。如果R超時的話，便優(yōu)先處理R。否則線程從高優(yōu)先級 隊列中取出R進行處理。如果高優(yōu)先級隊列為空，那么則從4氐優(yōu)先 級隊列中取出R。如果兩個隊列均為空，則線程停止。
第六步獲取與R相關(guān)的條帶S,對條帶S進行處理。根據(jù)R 的狀態(tài)(滿條帶寫，小寫，大寫)扭Z亍相應(yīng)的寫處理流程。
第七步當(dāng)RA中所有的R均凈皮處理完畢時，返回寫命令。
圖4描述的是使用異或校驗的磁盤子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。請求處理器401 負責(zé)將控制器傳過來的請求轉(zhuǎn)換為條帶請求，然后轉(zhuǎn)發(fā)到虛擬設(shè)備 405中。請求處理器401接收請求，然后條帶請求轉(zhuǎn)換器402將相 應(yīng)請求轉(zhuǎn)換為條帶請求。定時器403負責(zé)將條帶請求延遲一段時間 再進行處理。當(dāng)定時器到期時，會根據(jù)條帶請求的狀態(tài)(大小、小 寫或滿條帶寫)將條帶請求放入相應(yīng)的隊列中。如果請求的狀態(tài)是 滿條帶寫，則將條帶請求放入高優(yōu)先級隊列407中。否則，將條帶 :清求i文入l氐優(yōu)先級隊列408中，并設(shè)置條帶請求最后期限。請求選擇器404首先檢查低優(yōu)先級隊列408中是否有條帶請求過期。如果沒有請求過期，則從高優(yōu)先級隊列407中取出條帶請求，然后從條帶緩沖區(qū)406中為條帶請求分配相應(yīng)的條帶資源。由于是滿條帶寫，無需再預(yù)讀數(shù)據(jù)，條帶中的數(shù)據(jù)均是最新的，所以直接將條帶中的數(shù)據(jù)發(fā)送到RPA 203計算校驗信息。校驗信息計算完畢后，RPA 203會通知請求處理器401條帶校驗信息計算完畢，請求處理器401將條帶發(fā)送到虛擬》茲盤405進行寫操作。
如果低優(yōu)先級隊列408中有寫請求過期，則請求選擇器404會優(yōu)先選4奪該-清求進^f亍處理，以保3正該i青求不會^K我死。由于^f氐優(yōu)先級隊列408中條帶寫請求是部分條帶寫，所以預(yù)讀條帶中的一些數(shù)據(jù)。請求處理器401從條帶緩沖區(qū)406中為條帶請求分配相應(yīng)的條帶資源，然后將要預(yù)讀請求發(fā)送到虛擬^磁盤405。當(dāng)數(shù)據(jù)讀取完畢之后，虛擬磁盤405會通知請求處理器401預(yù)讀數(shù)據(jù)完畢，然后請求處理器401將條帶數(shù)據(jù)發(fā)送到RPA203計算校驗信息。計算完畢之后，RPA 203通知請求處理器4014交驗信息計算完畢，之后請求處理器401將條帶發(fā)送到虛擬磁盤405進行寫操作。
本發(fā)明提供使用異或校驗的》茲盤陣列寫數(shù)據(jù)的方法，該方法在處理寫請求過程中引入條帶延遲處理機制，其步驟如圖5所示
步驟501:首先將寫請求加入到相應(yīng)的條帶請求R中。由控制器發(fā)來的寫請求可能^皮加入到多個條帶請求中，記為條帶請求集合RA。當(dāng)RA中所有的條帶請求R均被處理之后，那么寫請求才會被處理完畢。
步驟502:由于由控制器發(fā)送過來的不同的寫請求可能會加入到相同的條帶請求R中，所以要判斷條帶請求R的預(yù)讀是否被激活。如果被激活的話，則執(zhí)行步驟503，否則執(zhí)行步驟505。
ii步驟503:條帶請求R的預(yù)讀纟皮激活，為該條帶請求R分配相應(yīng)的條帶資源。
步驟504:為條帶請求R分配相應(yīng)的條帶資源之后，處理該請求。首先判斷該條帶i青求R^f吏用哪種寫方式——RCW、 RMW、滿條帶寫。然后才艮據(jù)不同的寫方式，^M亍不同的處理流程。RMW、RCW的處理過程已經(jīng)在前面i并述，這里不在重復(fù)。
當(dāng)該條帶請求執(zhí)行完畢之后，關(guān)閉該條帶請求的預(yù)讀，然后判斷該寫請求是否被處理完成。如果條帶請求集合中所有的條帶請求均-故處理，則寫"i青求處理完畢。否則轉(zhuǎn)到步驟501。
步驟505:條帶請求R的預(yù)讀沒有^皮激活，延遲處理該條帶請求，并啟動定時器。該定時器負責(zé)在未來的某個時間激活條帶的預(yù)讀。
步驟506:定時器到期，激活條帶請求的預(yù)讀。此時，條帶請求可能已經(jīng)堆積了大量請求，判斷條帶請求的寫數(shù)據(jù)方式。如果條帶請求時滿條帶寫的話，執(zhí)行步驟508,將該條帶請求加入高優(yōu)先級隊列末尾。否則執(zhí)行步驟507,將條帶請求放入到低優(yōu)先級隊列末尾，并設(shè)置最后期限值。
將條帶請求放入到優(yōu)先級隊列中之后，由另外一個線程負責(zé)處理隊列中的條帶請求。本發(fā)明引入優(yōu)先級隊列，目的在于區(qū)別對待滿條帶寫于部分條帶寫的區(qū)別，優(yōu)先處理滿條帶寫。同時，對部分條帶寫設(shè)置一個最后期限值，保證了部分條帶寫不會被俄死。步驟如圖6所示
步驟601:線程首先判斷低優(yōu)先級隊列中是否有條帶請求到期，如果有的話，則執(zhí)行步驟605。否則執(zhí)行步驟602。步驟602:判斷高優(yōu)先級隊列是否為空。如果為空，則執(zhí)行步驟603。否則才丸行步驟604。
步驟603:判斷〗氐優(yōu)先級隊列是否為空。如果為空，則不存在待處理的條帶請求，結(jié)束線程。否則，執(zhí)行步驟605。
步驟604:高優(yōu)先級隊列不為空，從高優(yōu)先級隊首取出第一個條帶請求，作為待處理的條帶請求。
步驟605:高優(yōu)先級隊列為空，判斷低優(yōu)先級隊列是否為空，如果為空的話，則線程退出。否則從低優(yōu)先級隊首取出第一個條帶請求，作為待處理的條帶請求。
步驟606:為條帶請求分配相應(yīng)的條帶資源，判斷使用何種寫方式(RCW或RMW)來處理條帶請求。然后將條帶請求轉(zhuǎn)發(fā)到下層，轉(zhuǎn)到步驟601繼續(xù)處理，直到兩個優(yōu)先級隊列均為空時，線程退出。
領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的本發(fā)明的各模塊或各步驟可以用通用的計算裝置來實現(xiàn)，它們可以集中在單個的計算裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成的網(wǎng)絡(luò)上，可選地，它們可以用計算裝置可執(zhí)行的程序代碼來實現(xiàn)，從而，可以將它們存儲在存儲裝置中由計算裝置來執(zhí)行，或者將它們分別制作成各個集成電路模塊，或者將它們中的多個模塊或步驟制作成單個集成電路模塊來實現(xiàn)。這樣，本發(fā)明不限制于任何特定的硬件和軟件結(jié)合。
以上所述〗又為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在
本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種利用異或校驗磁盤陣列寫數(shù)據(jù)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟將所述寫請求轉(zhuǎn)換為一個或多個條帶請求；將所述條帶請求加入到優(yōu)先級隊列中；以及對所述優(yōu)先級隊列中的所述條帶請求進行處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在將寫請求轉(zhuǎn)換為 一個或多個條帶請求的步驟之后，還包括以下步驟判斷所述條帶請求的預(yù)讀是否4皮激活，如果沒有被激活， 則將所述條帶^青求延遲一個時間tl，并且在所述時間tl過去 之后，激活所述條帶的預(yù)讀，執(zhí)行將所述條帶請求加入到優(yōu)先 級隊列中的步驟。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在判斷所述條帶請 求的預(yù)讀是否被激活的步驟中，如果判斷所述條帶請求的預(yù)讀 是被激活的，則立即處理所述條帶請求。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在將所述條帶請求 加入到優(yōu)先級隊列中的步驟中，具體包括以下步驟判斷所述條帶請求是否為滿條帶寫，如果為滿條帶寫，則 將所述條帶請求加入到高優(yōu)先級隊列中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，如果所述條帶請求 不為滿條帶寫，則將所述條帶請求加入到低優(yōu)先級隊列中，并 為所述條帶請求設(shè)置一個最后期限。
6. 才艮據(jù)^又利要求5所述的方法，其特;f正在于，在對優(yōu)先級隊列中 的所述條帶請求進行處理的步驟中，具體包括以下步驟判斷所述^氐優(yōu)先級隊列中是否有超過所述最后期限的所 述條帶請求；如果有，則處理所述低優(yōu)先級隊列中的所述條帶請求。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，如果低優(yōu)先級隊列 中沒有超過所述最后期限的所述條帶請求，則判斷所述高優(yōu)先 級隊列是否為空，如果是，則處理所述低優(yōu)先級隊列中的條帶 請求。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，如果所述高優(yōu)先級 隊列不為空，則處理所述高優(yōu)先級隊列中的條帶請求。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對優(yōu)先級隊列中的 所述條帶請求進行處理的步驟由一個單獨的線程來完成。
10. —種利用異或校驗f茲盤陣列寫數(shù)據(jù)的裝置，其特征在于，所述 裝置包括條帶請求轉(zhuǎn)換單元，用于將寫請求轉(zhuǎn)換為一個或多個條帶請求；存儲單元，用于以優(yōu)先級隊列的形式存儲所述條帶請求；以及處理單元，用于對所述優(yōu)先級隊列中的所述條帶請求進行 處理。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用異或校驗磁盤陣列寫數(shù)據(jù)的方法，包括將寫請求轉(zhuǎn)換為一個或多個條帶請求；將條帶請求加入到優(yōu)先級隊列中；以及對優(yōu)先級隊列中的所述條帶請求進行處理。本發(fā)明引入了條帶延遲機制和優(yōu)先級隊列，提高了寫請求的帶寬及性能。
文檔編號G06F11/10GK101650675SQ20091016759
公開日2010年2月17日 申請日期2009年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月28日
發(fā)明者斌 梁 申請人:中興通訊股份有限公司