專利名稱：一種基于軟raid的磁盤壞塊處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁盤壞塊處理方法，具體涉及一種軟RAID環(huán)境下的磁盤壞塊處理方法，屬于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中，磁盤是廣泛采用的存儲(chǔ)介質(zhì)。物理上講，每個(gè)硬盤都有自己的“CHS”參數(shù)，即磁頭數(shù)(Heads)，柱面數(shù)(Cylinders)和扇區(qū)數(shù)(Sectors)，每個(gè)扇區(qū)一般是512個(gè)字節(jié)。老式磁盤每個(gè)磁道的扇區(qū)數(shù)相等，利用這三個(gè)參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)任意扇區(qū)的隨機(jī)訪問，但這種方式外柱面的記錄密度要遠(yuǎn)低于內(nèi)柱面，會(huì)造成磁盤空間的浪費(fèi)，已經(jīng)被多數(shù)磁盤廠商所摒棄，轉(zhuǎn)而采用等密度結(jié)構(gòu)生產(chǎn)硬盤，采用這種結(jié)構(gòu)后，尋址方式也改為線性尋址，即以扇區(qū)為單位進(jìn)行尋址，LBA方式就是其中的一種。LBA全稱是Logical Block Addressing，即邏輯塊尋址，該方式從0開始為物理扇區(qū)一一編號(hào)，建立邏輯塊與物理扇區(qū)之間的映射關(guān)系，從這種意義上說(shuō)，塊和扇區(qū)其實(shí)是對(duì)同一事物的不同稱謂，只不過塊的說(shuō)法層次較高一些，更加適用于比較抽象的場(chǎng)合。
磁盤在出廠前有一個(gè)自檢過程，該過程會(huì)統(tǒng)計(jì)并記錄磁盤上存在的壞扇區(qū)，這些壞扇區(qū)在后繼使用中不會(huì)被映射，也就沒有對(duì)應(yīng)的邏輯塊地址；磁盤的可用扇區(qū)在正式使用前由操作系統(tǒng)按照一定規(guī)則，建立邏輯塊和物理扇區(qū)之間的映射關(guān)系，以后操作系統(tǒng)就可以根據(jù)邏輯塊地址對(duì)具體的扇區(qū)進(jìn)行操作。磁盤在使用過程中，由于各種原因仍有可能導(dǎo)致某個(gè)邏輯塊無(wú)法訪問的情況，也就是產(chǎn)生了壞塊，具體情況可以分兩種一種是偶爾的讀錯(cuò)誤，經(jīng)過寫驗(yàn)證后可以修復(fù)的扇區(qū)，該邏輯塊仍然有效，可以被繼續(xù)使用；一種是無(wú)法修復(fù)的壞扇區(qū)，對(duì)于這種情況多數(shù)磁盤廠商采取的策略是對(duì)這個(gè)邏輯塊地址進(jìn)行重新映射，將該地址對(duì)應(yīng)到另一塊可用的備用扇區(qū)。
在壞塊產(chǎn)生時(shí)，保證邏輯塊的可用性僅僅是其中的一方面，如何恢復(fù)壞塊的原有內(nèi)容往往是實(shí)際應(yīng)用中更為關(guān)注的話題。各種災(zāi)備方案是不錯(cuò)的選擇，但那是更高層次的解決方案，且一般造價(jià)不菲。從底層存儲(chǔ)的具體架構(gòu)來(lái)講，為了使存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)具有容錯(cuò)性， 提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可靠性，改善存儲(chǔ)系統(tǒng)性能，一般采用各種類型的RAID進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，其全稱是Redundant Arrays of Independent Disks，稱作獨(dú)立磁盤冗余陣列，簡(jiǎn)稱磁盤陣列。比較常用的RAID有RAIDO、RAIDU RAID5、RAID6、RAIDlO等。其中RAIDO是為了單純的提高讀寫性能，不具有冗余能力，RAIDl則對(duì)磁盤做了鏡像，有效使用空間僅為總?cè)萘康囊话搿Ｆ渌N陣列分別由多個(gè)磁盤組成，它們以條帶的方式向陣列中的磁盤寫數(shù)據(jù)，奇偶校驗(yàn)數(shù)據(jù)存放在陣列中的各個(gè)磁盤上。RAID5的每個(gè)條帶含有1個(gè)校驗(yàn)塊，支持任意損壞其中一個(gè)磁盤、通過其它磁盤上的奇偶校驗(yàn)塊來(lái)重建數(shù)據(jù)；RAID6的每個(gè)條帶含有2個(gè)校驗(yàn)塊，支持任意損壞其中兩個(gè)磁盤、通過其它磁盤上的奇偶校驗(yàn)塊來(lái)重建數(shù)據(jù)。采用RAID進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，在多數(shù)情況下可以為壞塊產(chǎn)生時(shí)的數(shù)據(jù)重建提供解決方案。
從實(shí)現(xiàn)方式來(lái)講，磁盤陣列可以分成“軟件RAID”和“硬件RAID”兩種。硬件RAID 是使用專門的磁盤陣列卡等硬件設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)的，性能要高于軟件RAID，但成本也比較高;軟件RAID —般是通過集成在操作系統(tǒng)中的功能軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)磁盤的管理，成本低廉，操作簡(jiǎn)單?，F(xiàn)在的磁盤陣列廠商在開發(fā)磁盤陣列產(chǎn)品時(shí)，所開發(fā)的磁盤陣列一般由針對(duì)該磁盤陣列開發(fā)的存儲(chǔ)操作系統(tǒng)進(jìn)行控制管理。目前多數(shù)采用軟RAID的磁盤陣列產(chǎn)品，是在對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)操作系統(tǒng)中集成RAID管理功能，用這些功能軟件構(gòu)建常見級(jí)別的RAID，但這些采用軟 RAID的陣列產(chǎn)品在數(shù)據(jù)可靠性上存在一個(gè)較為普遍的問題，那就是它們無(wú)法對(duì)磁盤在使用過程中產(chǎn)生的壞塊進(jìn)行處理，無(wú)法利用RAID的特點(diǎn)對(duì)壞塊原有內(nèi)容進(jìn)行數(shù)據(jù)重建，致使在磁盤產(chǎn)生一個(gè)壞塊時(shí)就需要更換該磁盤對(duì)整個(gè)RAID進(jìn)行重建，浪費(fèi)了存儲(chǔ)資源，也降低了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種軟RAID環(huán)境下的磁盤壞塊處理方法，以達(dá)到在壞塊產(chǎn)生時(shí)有條件地進(jìn)行數(shù)據(jù)重建的效果。
本方法主要應(yīng)用于磁盤陣列對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)操作系統(tǒng)中。該存儲(chǔ)操作系統(tǒng)要求包括以下技術(shù)特征
操作系統(tǒng)為L(zhǎng)inux操作系統(tǒng)，具備軟RAID的創(chuàng)建、維護(hù)和刪除功能；系統(tǒng)采用U盤作為存儲(chǔ)介質(zhì)，被制作成USB啟動(dòng)盤格式，制作好的U盤以配件形式安裝在磁盤陣列的主板或控制器上。存儲(chǔ)操作系統(tǒng)是一個(gè)層級(jí)結(jié)構(gòu)，在物理硬件上依次構(gòu)建了內(nèi)核模式程序和用戶模式程序，并應(yīng)用邏輯卷管理機(jī)制對(duì)底層磁盤進(jìn)行管理。本方法在內(nèi)核模式下實(shí)現(xiàn)，是對(duì) Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核驅(qū)動(dòng)的修改和擴(kuò)展。
該磁盤陣列，對(duì)盤陣內(nèi)每個(gè)物理磁盤做了特殊處理，預(yù)留一部分磁盤空間作為備用扇區(qū)區(qū)域，并用磁盤空間最末端的一塊區(qū)域存放DDF (Disk Data format是SNIA的技術(shù)， SNIA的全稱是Morage Networking Industry Association，中文名稱是全球網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)工業(yè)協(xié)會(huì)，DDF是由該協(xié)會(huì)針對(duì)RAID而定義的一種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用來(lái)描述通用RAID磁盤數(shù)據(jù)格式，采用DDF結(jié)構(gòu)對(duì)RAID進(jìn)行描述，可以方便不同廠商磁盤產(chǎn)品之間的數(shù)據(jù)遷移。)結(jié)構(gòu)的RAID信息。備用扇區(qū)區(qū)域中預(yù)留了若干地址連續(xù)的扇區(qū)作為備用扇區(qū)，用來(lái)在本磁盤上產(chǎn)生壞塊時(shí)進(jìn)行重新映射，備用扇區(qū)按照LBA地址從小到大進(jìn)行排序，被分配使用時(shí)按照排序結(jié)果依次進(jìn)行，系統(tǒng)有一個(gè)備用扇區(qū)定期檢查模塊，用來(lái)定期檢測(cè)備用扇區(qū)的可用情況，以便在備用扇區(qū)中出現(xiàn)壞塊時(shí)，及時(shí)更新備用扇區(qū)相關(guān)信息；最末端以DDF結(jié)構(gòu)描述的RAID信息區(qū)域存放著一個(gè)自定義的表結(jié)構(gòu)，用來(lái)保存本磁盤上的重映射關(guān)系，供操作系統(tǒng)上層的數(shù)據(jù)讀寫使用，其稱作“壞塊重映射表”。該表由表頭和數(shù)據(jù)部分組成，表頭包含一個(gè)統(tǒng)計(jì)位和地址位，分別記錄了本磁盤上備用扇區(qū)已使用的個(gè)數(shù)和當(dāng)前首個(gè)可用的備用扇區(qū)LBA地址，當(dāng)備用扇區(qū)全部用光時(shí)，該地址字段被設(shè)為無(wú)效數(shù)值；數(shù)據(jù)部分由若干條記錄組成，初值為零條，隨著備用扇區(qū)的使用而增加，最大記錄數(shù)等于備用扇區(qū)個(gè)數(shù)，每個(gè)記錄包含兩個(gè)數(shù)據(jù)位，分別用來(lái)保存壞塊的邏輯塊地址和重新映射后備用扇區(qū)的LBA地址。
針對(duì)上述特點(diǎn)的磁盤陣列和對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)操作系統(tǒng)，本發(fā)明提供一種軟RAID環(huán)境下的磁盤壞塊處理方法，包括以下步驟
步驟一在磁盤使用過程中產(chǎn)生的壞塊被訪問到時(shí)，檢索壞塊重映射表的數(shù)據(jù)部分，判斷壞塊的邏輯塊地址是否已經(jīng)在表中，依據(jù)檢索結(jié)果處理如下
(1)如果壞塊的邏輯塊地址不在表中，則產(chǎn)生介質(zhì)訪問錯(cuò)誤，并反饋給內(nèi)核驅(qū)動(dòng)；
(2)如果壞塊的邏輯塊地址已經(jīng)在表中，則依據(jù)該條記錄訪問壞塊重新映射后對(duì)應(yīng)的備用扇區(qū)LBA地址，倘若訪問正常，則結(jié)束當(dāng)前操作，倘若仍然不能訪問，則產(chǎn)生介質(zhì)訪問錯(cuò)誤，并反饋給內(nèi)核驅(qū)動(dòng)；
步驟二系統(tǒng)讀取底層硬盤驅(qū)動(dòng)器發(fā)來(lái)的錯(cuò)誤信息，獲得壞塊的LBA地址，并判斷是否讀錯(cuò)誤，如果是讀錯(cuò)誤，由步驟三繼續(xù)處理，否則是寫錯(cuò)誤，轉(zhuǎn)向步驟六處理；
步驟三對(duì)于讀錯(cuò)誤，判斷壞塊所在驅(qū)動(dòng)器是否處于冗余狀態(tài)，如果是冗余狀態(tài)， 由步驟四繼續(xù)處理，如果該驅(qū)動(dòng)器沒有采用RAID或者處于RAIDO等非冗余狀態(tài)，致使沒有可用的參考點(diǎn)而無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)重建，將該塊標(biāo)記為壞塊，并將介質(zhì)訪問錯(cuò)誤的信息返回給內(nèi)核驅(qū)動(dòng)后即可完成操作；
步驟四對(duì)于數(shù)據(jù)存在冗余，并且參考點(diǎn)狀態(tài)正常的情況，則依據(jù)驅(qū)動(dòng)器所處RAID 級(jí)別調(diào)用對(duì)應(yīng)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)重建操作，重建成功后，由步驟五繼續(xù)處理，如果重建失敗，將該塊標(biāo)記為壞塊，并將介質(zhì)訪問錯(cuò)誤的信息返回給內(nèi)核驅(qū)動(dòng)后即可完成操作；
步驟五將重建成功的數(shù)據(jù)寫入到壞塊對(duì)應(yīng)的LBA地址，并刷新系統(tǒng)緩存，保證數(shù)據(jù)完全寫入到對(duì)應(yīng)物理扇區(qū)，然后檢驗(yàn)寫入的數(shù)據(jù)是否可讀，如果可讀，表明該扇區(qū)是可以修復(fù)的，并且已經(jīng)被修復(fù)，結(jié)束當(dāng)前操作即可，如果寫入失敗或者寫入的數(shù)據(jù)無(wú)法讀取，表明該壞塊對(duì)應(yīng)的扇區(qū)無(wú)法修復(fù)，由步驟六繼續(xù)處理；
步驟六對(duì)于寫錯(cuò)誤，首先讀取本驅(qū)動(dòng)器上壞塊重映射表的表頭，判斷是否還有剩余的備用扇區(qū)可用，如果沒有剩余，表明該驅(qū)動(dòng)器上的壞塊無(wú)法重新映射，將該塊標(biāo)記為壞塊，并將該驅(qū)動(dòng)器標(biāo)記為重映射失敗狀態(tài)，即結(jié)束當(dāng)前操作，如果有剩余，由步驟七繼續(xù)處理；
步驟七向磁盤發(fā)送重映射命令，判斷所用磁盤本身是否支持重映射操作，如果不支持，轉(zhuǎn)向步驟八進(jìn)行處理，如果支持，分情況處理如下
(1)調(diào)用磁盤驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)接口進(jìn)行壞塊重映射和數(shù)據(jù)寫入操作，如果操作成功，則表明壞塊被磁盤自身的重映射機(jī)制修復(fù)，結(jié)束當(dāng)前操作即可；
(2)在調(diào)用磁盤驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)接口進(jìn)行壞塊重映射或者數(shù)據(jù)寫入時(shí)，如果其中某個(gè)操作失敗，則表明壞塊無(wú)法被磁盤本身的重映射機(jī)制修復(fù)，交由步驟八進(jìn)行后繼處理；
步驟八檢索壞塊重映射表的表頭，獲取當(dāng)前可用的備用扇區(qū)LBA地址，檢索壞塊重映射表的數(shù)據(jù)部分，判斷壞塊的邏輯塊地址是否已經(jīng)在表中，依據(jù)檢索結(jié)果處理如下
(1)如果壞塊的邏輯塊地址不在表中，則直接在表中添加一條記錄，記錄壞塊重新映射后對(duì)應(yīng)備用扇區(qū)的LBA地址，然后更新表頭的統(tǒng)計(jì)位和地址位，之后執(zhí)行步驟九；
(2)如果壞塊的邏輯塊地址已經(jīng)在表中，則更新該條記錄，記錄壞塊重新映射后對(duì)應(yīng)新備用扇區(qū)的LBA地址，然后更新表頭的統(tǒng)計(jì)位和地址位，之后執(zhí)行步驟九；
步驟九按照壞塊重映射表，將欲寫入的數(shù)據(jù)寫入到備用扇區(qū)中，并檢測(cè)寫入操作是否成功，依據(jù)操作結(jié)果處理如下
(1)如果失敗，表明備用扇區(qū)中存在壞塊，調(diào)用系統(tǒng)的備用扇區(qū)定期檢測(cè)模塊對(duì)備用扇區(qū)當(dāng)前情況進(jìn)行更新，然后由步驟六進(jìn)行處理；
(2)如果成功，表明壞塊重映射操作完成，結(jié)束當(dāng)前操作即可，此后對(duì)壞塊的訪問由壞塊重映射表處理，自動(dòng)重定向?yàn)閷?duì)備用扇區(qū)的訪問。
有益效果
本發(fā)明的有益效果是
(1)提高了軟RAID環(huán)境下的數(shù)據(jù)可靠性。該方法解決了多數(shù)軟RAID產(chǎn)品在磁盤產(chǎn)生一個(gè)壞塊時(shí)就需要更換該磁盤對(duì)整個(gè)RAID進(jìn)行重建的問題，依據(jù)壞塊所在磁盤的具體使用情況對(duì)壞塊進(jìn)行處理，提供了壞塊發(fā)生時(shí)的處理策略，提高了軟RAID產(chǎn)品的數(shù)據(jù)可靠性。
(2)處理效率較高。軟RAID相對(duì)于硬件RAID比較明顯的弊端是處理速度問題，該方法基于自主研發(fā)的存儲(chǔ)操作系統(tǒng)構(gòu)建，多數(shù)操作在內(nèi)核層實(shí)現(xiàn)，可以更好的利用系統(tǒng)資源，更為高效透明的實(shí)現(xiàn)具體功能。
(3)處理方式比較靈活。對(duì)壞塊的處理，依據(jù)磁盤本身是否支持壞塊重映射分情況處理，這樣即可以有效利用存儲(chǔ)空間，也便于壞塊的靈活處理，提高重映射成功的幾率。


圖1為系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖2為壞塊重映射表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖3為壞塊處理流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
本方法所涉及的功能軟件集成于某磁盤陣列對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)操作系統(tǒng)中，整個(gè)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如附圖1所示。該存儲(chǔ)操作系統(tǒng)自主研發(fā)，是一個(gè)內(nèi)核版本為2. 6的Linux操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了軟RAID的創(chuàng)建、維護(hù)和刪除等功能；該系統(tǒng)采用自主設(shè)計(jì)的U盤作為存儲(chǔ)介質(zhì)， 被制作成USB啟動(dòng)盤格式；制作好的U盤以配件形式安裝在該磁盤陣列的主板或控制器上， 便于插拔和替換。存儲(chǔ)操作系統(tǒng)是一個(gè)層級(jí)結(jié)構(gòu)，在物理硬件上依次構(gòu)建了內(nèi)核模式程序和用戶模式程序，并應(yīng)用邏輯卷管理機(jī)制對(duì)底層磁盤進(jìn)行管理。本方法所涉及的功能軟件主要在內(nèi)核模式下實(shí)現(xiàn)，是對(duì)Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核驅(qū)動(dòng)的修改和擴(kuò)展。
該磁盤陣列，對(duì)盤陣內(nèi)每個(gè)物理磁盤做了特殊處理，預(yù)留U8MB的磁盤空間作為備用扇區(qū)區(qū)域，并用磁盤空間最末端的64MB存放DDF結(jié)構(gòu)的RAID信息。備用扇區(qū)區(qū)域由 256個(gè)地址連續(xù)的扇區(qū)作為備用扇區(qū)，備用扇區(qū)按照LBA地址從小到大進(jìn)行排序，被分配使用時(shí)按照排序結(jié)果依次進(jìn)行，系統(tǒng)有一個(gè)備用扇區(qū)定期檢查模塊，用來(lái)定期檢測(cè)備用扇區(qū)的可用情況，以便在備用扇區(qū)中出現(xiàn)壞塊時(shí)，及時(shí)更新備用扇區(qū)相關(guān)信息；最末端以DDF結(jié)構(gòu)描述的RAID信息區(qū)域中存放有一個(gè)“壞塊重映射表”。如附圖2所示，該表由表頭和數(shù)據(jù)部分組成，表頭包含2字節(jié)的統(tǒng)計(jì)位“cnt”和8字節(jié)的地址位“addr”，分別記錄了本磁盤上備用扇區(qū)已使用的個(gè)數(shù)和當(dāng)前首個(gè)可用的備用扇區(qū)LBA地址，當(dāng)備用扇區(qū)全部用光時(shí)，該地址字段被設(shè)為無(wú)效數(shù)值；數(shù)據(jù)部分由若干條記錄組成，初值為零條，隨著備用扇區(qū)的使用而增加，最大記錄數(shù)為256個(gè)，每個(gè)記錄包含兩個(gè)8字節(jié)的數(shù)據(jù)位，分別用來(lái)保存壞塊的邏輯塊地址和重新映射后備用扇區(qū)的LBA地址。
以該磁盤陣列和對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了一種軟RAID環(huán)境下的磁盤壞塊處理方法，如附圖3所示，包括以下步驟
步驟一在磁盤使用過程中產(chǎn)生的壞塊被訪問到時(shí)，檢索壞塊重映射表的數(shù)據(jù)部分，判斷壞塊的邏輯塊地址是否已經(jīng)在表中，依據(jù)檢索結(jié)果處理如下
(1)如果壞塊的邏輯塊地址不在表中，則產(chǎn)生介質(zhì)訪問錯(cuò)誤，并反饋給內(nèi)核驅(qū)動(dòng)；
(2)如果壞塊的邏輯塊地址已經(jīng)在表中，則依據(jù)該條記錄訪問壞塊重新映射后對(duì)應(yīng)的備用扇區(qū)LBA地址，倘若訪問正常，則結(jié)束當(dāng)前操作，倘若仍然不能訪問，則產(chǎn)生介質(zhì)訪問錯(cuò)誤，并反饋給內(nèi)核驅(qū)動(dòng)；
步驟二系統(tǒng)讀取底層硬盤驅(qū)動(dòng)器發(fā)來(lái)的錯(cuò)誤信息，獲得壞塊的LBA地址，并判斷是否讀錯(cuò)誤，如果是讀錯(cuò)誤，由步驟三繼續(xù)處理，否則是寫錯(cuò)誤，轉(zhuǎn)向步驟六處理；
步驟三對(duì)于讀錯(cuò)誤，判斷壞塊所在驅(qū)動(dòng)器是否處于冗余狀態(tài)，如果是冗余狀態(tài)， 由步驟四繼續(xù)處理，如果該驅(qū)動(dòng)器沒有采用RAID或者處于RAIDO等非冗余狀態(tài)，致使沒有可用的參考點(diǎn)而無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)重建，將該塊標(biāo)記為壞塊，并將介質(zhì)訪問錯(cuò)誤的信息返回給內(nèi)核驅(qū)動(dòng)后即可完成操作；
步驟四對(duì)于數(shù)據(jù)存在冗余，并且參考點(diǎn)狀態(tài)正常的情況，則依據(jù)驅(qū)動(dòng)器所處RAID 級(jí)別調(diào)用對(duì)應(yīng)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)重建操作，重建成功后，由步驟五繼續(xù)處理，如果重建失敗，將該塊標(biāo)記為壞塊，并將介質(zhì)訪問錯(cuò)誤的信息返回給內(nèi)核驅(qū)動(dòng)后即可完成操作；
步驟五將重建成功的數(shù)據(jù)寫入到壞塊對(duì)應(yīng)的LBA地址，并刷新系統(tǒng)緩存，保證數(shù)據(jù)完全寫入到對(duì)應(yīng)物理扇區(qū)，然后檢驗(yàn)寫入的數(shù)據(jù)是否可讀，如果可讀，表明該扇區(qū)是可以修復(fù)的，并且已經(jīng)被修復(fù)，結(jié)束當(dāng)前操作即可，如果寫入失敗或者寫入的數(shù)據(jù)無(wú)法讀取，表明該壞塊對(duì)應(yīng)的扇區(qū)無(wú)法修復(fù)，由步驟六繼續(xù)處理；
步驟六對(duì)于寫錯(cuò)誤，首先讀取本驅(qū)動(dòng)器上壞塊重映射表的表頭，判斷是否還有剩余的備用扇區(qū)可用，如果沒有剩余，表明該驅(qū)動(dòng)器上的壞塊無(wú)法重新映射，將該塊標(biāo)記為壞塊，并將該驅(qū)動(dòng)器標(biāo)記為重映射失敗狀態(tài)，即結(jié)束當(dāng)前操作，如果有剩余，由步驟七繼續(xù)處理；
步驟七向磁盤發(fā)送重映射命令，判斷所用磁盤本身是否支持重映射操作，如果不支持，轉(zhuǎn)向步驟八進(jìn)行處理，如果支持，分情況處理如下
(1)調(diào)用磁盤驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)接口進(jìn)行壞塊重映射和數(shù)據(jù)寫入操作，如果操作成功，則表明壞塊被磁盤自身的重映射機(jī)制修復(fù)，結(jié)束當(dāng)前操作即可；
(2)在調(diào)用磁盤驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)接口進(jìn)行壞塊重映射或者數(shù)據(jù)寫入時(shí)，如果其中某個(gè)操作失敗，則表明壞塊無(wú)法被磁盤本身的重映射機(jī)制修復(fù)，交由步驟八進(jìn)行后繼處理；
步驟八檢索壞塊重映射表的表頭，獲取當(dāng)前可用的備用扇區(qū)LBA地址，檢索壞塊重映射表的數(shù)據(jù)部分，判斷壞塊的邏輯塊地址是否已經(jīng)在表中，依據(jù)檢索結(jié)果處理如下
(1)如果壞塊的邏輯塊地址不在表中，則直接在表中添加一條記錄，記錄壞塊重新映射后對(duì)應(yīng)備用扇區(qū)的LBA地址，然后更新表頭的統(tǒng)計(jì)位和地址位，之后執(zhí)行步驟九；
(2)如果壞塊的邏輯塊地址已經(jīng)在表中，則更新該條記錄，記錄壞塊重新映射后對(duì)應(yīng)新備用扇區(qū)的LBA地址，然后更新表頭的統(tǒng)計(jì)位和地址位，之后執(zhí)行步驟九；
步驟九按照壞塊重映射表，將欲寫入的數(shù)據(jù)寫入到備用扇區(qū)中，并檢測(cè)寫入操作是否成功，依據(jù)操作結(jié)果處理如下
(1)如果失敗，表明備用扇區(qū)中存在壞塊，調(diào)用系統(tǒng)的備用扇區(qū)定期檢測(cè)模塊對(duì)備用扇區(qū)當(dāng)前情況進(jìn)行更新，然后由步驟六進(jìn)行處理；
(2)如果成功，表明壞塊重映射操作完成，結(jié)束當(dāng)前操作即可，此后對(duì)壞塊的訪問由壞塊重映射表處理，自動(dòng)重定向?yàn)閷?duì)備用扇區(qū)的訪問。
本發(fā)明不僅限于以上實(shí)施例，凡是利用本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路，做一些簡(jiǎn)單變化的設(shè)計(jì)，都應(yīng)計(jì)入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種基于軟RAID的磁盤壞塊處理方法，它應(yīng)用于磁盤陣列對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)操作系統(tǒng)中， 該存儲(chǔ)操作系統(tǒng)要求包括以下技術(shù)特征其中，操作系統(tǒng)為L(zhǎng)inux操作系統(tǒng)，具備軟RAID的創(chuàng)建、維護(hù)和刪除功能；系統(tǒng)采用U盤作為存儲(chǔ)介質(zhì)，被制作成USB啟動(dòng)盤格式，制作好的 U盤以配件形式安裝在磁盤陣列的主板或控制器上；存儲(chǔ)操作系統(tǒng)是一個(gè)層級(jí)結(jié)構(gòu)，在物理硬件上依次構(gòu)建了內(nèi)核模式程序和用戶模式程序，并應(yīng)用邏輯卷管理機(jī)制對(duì)底層磁盤進(jìn)行管理；本方法在內(nèi)核模式下實(shí)現(xiàn)，是對(duì)Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核驅(qū)動(dòng)的修改和擴(kuò)展；該磁盤陣列，對(duì)盤陣內(nèi)每個(gè)物理磁盤做了特殊處理，預(yù)留一部分磁盤空間作為備用扇區(qū)區(qū)域，并用磁盤空間最末端的一塊區(qū)域存放DDF結(jié)構(gòu)的RAID信息；備用扇區(qū)區(qū)域中預(yù)留了若干地址連續(xù)的扇區(qū)作為備用扇區(qū)，用來(lái)在本磁盤上產(chǎn)生壞塊時(shí)進(jìn)行重新映射，備用扇區(qū)按照LBA地址從小到大進(jìn)行排序，被分配使用時(shí)按照排序結(jié)果依次進(jìn)行，系統(tǒng)有一個(gè)備用扇區(qū)定期檢查模塊，用來(lái)定期檢測(cè)備用扇區(qū)的可用情況，以便在備用扇區(qū)中出現(xiàn)壞塊時(shí)，及時(shí)更新備用扇區(qū)相關(guān)信息；最末端以DDF結(jié)構(gòu)描述的RAID信息區(qū)域存放著一個(gè)自定義的表結(jié)構(gòu)，用來(lái)保存本磁盤上的重映射關(guān)系，供操作系統(tǒng)上層的數(shù)據(jù)讀寫使用，其稱作“壞塊重映射表”，該表由表頭和數(shù)據(jù)部分組成，表頭包含一個(gè)統(tǒng)計(jì)位和地址位，分別記錄了本磁盤上備用扇區(qū)已使用的個(gè)數(shù)和當(dāng)前首個(gè)可用的備用扇區(qū)LBA地址，當(dāng)備用扇區(qū)全部用光時(shí)，該地址字段被設(shè)為無(wú)效數(shù)值；數(shù)據(jù)部分由若干條記錄組成，初值為零條，隨著備用扇區(qū)的使用而增加，最大記錄數(shù)等于備用扇區(qū)個(gè)數(shù)，每個(gè)記錄包含兩個(gè)數(shù)據(jù)位，分別用來(lái)保存壞塊的邏輯塊地址和重新映射后備用扇區(qū)的LBA地址，其特征在于包括以下步驟步驟一在磁盤使用過程中產(chǎn)生的壞塊被訪問到時(shí)，檢索壞塊重映射表的數(shù)據(jù)部分，判斷壞塊的邏輯塊地址是否已經(jīng)在表中，依據(jù)檢索結(jié)果處理如下(1)如果壞塊的邏輯塊地址不在表中，則產(chǎn)生介質(zhì)訪問錯(cuò)誤，并反饋給內(nèi)核驅(qū)動(dòng)；(2)如果壞塊的邏輯塊地址已經(jīng)在表中，則依據(jù)該條記錄訪問壞塊重新映射后對(duì)應(yīng)的備用扇區(qū)LBA地址，倘若訪問正常，則結(jié)束當(dāng)前操作，倘若仍然不能訪問，則產(chǎn)生介質(zhì)訪問錯(cuò)誤，并反饋給內(nèi)核驅(qū)動(dòng)；步驟二系統(tǒng)讀取底層硬盤驅(qū)動(dòng)器發(fā)來(lái)的錯(cuò)誤信息，獲得壞塊的LBA地址，并判斷是否讀錯(cuò)誤，如果是讀錯(cuò)誤，由步驟三繼續(xù)處理，否則是寫錯(cuò)誤，轉(zhuǎn)向步驟六處理；步驟三對(duì)于讀錯(cuò)誤，判斷壞塊所在驅(qū)動(dòng)器是否處于冗余狀態(tài)，如果是冗余狀態(tài)，由步驟四繼續(xù)處理，如果該驅(qū)動(dòng)器沒有采用RAID或者處于RAIDO等非冗余狀態(tài)，致使沒有可用的參考點(diǎn)而無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)重建，將該塊標(biāo)記為壞塊，并將介質(zhì)訪問錯(cuò)誤的信息返回給內(nèi)核驅(qū)動(dòng)后即可完成操作；步驟四對(duì)于數(shù)據(jù)存在冗余，并且參考點(diǎn)狀態(tài)正常的情況，則依據(jù)驅(qū)動(dòng)器所處RAID級(jí)別調(diào)用對(duì)應(yīng)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)重建操作，重建成功后，由步驟五繼續(xù)處理，如果重建失敗，將該塊標(biāo)記為壞塊，并將介質(zhì)訪問錯(cuò)誤的信息返回給內(nèi)核驅(qū)動(dòng)后即可完成操作；步驟五將重建成功的數(shù)據(jù)寫入到壞塊對(duì)應(yīng)的LBA地址，并刷新系統(tǒng)緩存，保證數(shù)據(jù)完全寫入到對(duì)應(yīng)物理扇區(qū)，然后檢驗(yàn)寫入的數(shù)據(jù)是否可讀，如果可讀，表明該扇區(qū)是可以修復(fù)的，并且已經(jīng)被修復(fù)，結(jié)束當(dāng)前操作即可，如果寫入失敗或者寫入的數(shù)據(jù)無(wú)法讀取，表明該壞塊對(duì)應(yīng)的扇區(qū)無(wú)法修復(fù)，由步驟六繼續(xù)處理；步驟六對(duì)于寫錯(cuò)誤，首先讀取本驅(qū)動(dòng)器上壞塊重映射表的表頭，判斷是否還有剩余的備用扇區(qū)可用，如果沒有剩余，表明該驅(qū)動(dòng)器上的壞塊無(wú)法重新映射，將該塊標(biāo)記為壞塊，并將該驅(qū)動(dòng)器標(biāo)記為重映射失敗狀態(tài)，即結(jié)束當(dāng)前操作，如果有剩余，由步驟七繼續(xù)處理；步驟七向磁盤發(fā)送重映射命令，判斷所用磁盤本身是否支持重映射操作，如果不支持，轉(zhuǎn)向步驟八進(jìn)行處理，如果支持，分情況處理如下(1)調(diào)用磁盤驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)接口進(jìn)行壞塊重映射和數(shù)據(jù)寫入操作，如果操作成功，則表明壞塊被磁盤自身的重映射機(jī)制修復(fù)，結(jié)束當(dāng)前操作即可；(2)在調(diào)用磁盤驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)接口進(jìn)行壞塊重映射或者數(shù)據(jù)寫入時(shí)，如果其中某個(gè)操作失敗，則表明壞塊無(wú)法被磁盤本身的重映射機(jī)制修復(fù)，交由步驟八進(jìn)行后繼處理；步驟八檢索壞塊重映射表的表頭，獲取當(dāng)前可用的備用扇區(qū)LBA地址，檢索壞塊重映射表的數(shù)據(jù)部分，判斷壞塊的邏輯塊地址是否已經(jīng)在表中，依據(jù)檢索結(jié)果處理如下(1)如果壞塊的邏輯塊地址不在表中，則直接在表中添加一條記錄，記錄壞塊重新映射后對(duì)應(yīng)備用扇區(qū)的LBA地址，然后更新表頭的統(tǒng)計(jì)位和地址位，之后執(zhí)行步驟九；(2)如果壞塊的邏輯塊地址已經(jīng)在表中，則更新該條記錄，記錄壞塊重新映射后對(duì)應(yīng)新備用扇區(qū)的LBA地址，然后更新表頭的統(tǒng)計(jì)位和地址位，之后執(zhí)行步驟九；步驟九按照壞塊重映射表，將欲寫入的數(shù)據(jù)寫入到備用扇區(qū)中，并檢測(cè)寫入操作是否成功，依據(jù)操作結(jié)果處理如下(1)如果失敗，表明備用扇區(qū)中存在壞塊，調(diào)用系統(tǒng)的備用扇區(qū)定期檢測(cè)模塊對(duì)備用扇區(qū)當(dāng)前情況進(jìn)行更新，然后由步驟六進(jìn)行處理；(2)如果成功，表明壞塊重映射操作完成，結(jié)束當(dāng)前操作即可，此后對(duì)壞塊的訪問由壞塊重映射表處理，自動(dòng)重定向?yàn)閷?duì)備用扇區(qū)的訪問。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于軟RAID的磁盤壞塊處理方法。本方法集成于磁盤陣列對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)操作系統(tǒng)中，在磁盤陣列的每個(gè)磁盤內(nèi)預(yù)留了若干備用扇區(qū)以備本磁盤的壞塊重映射使用，自定義了壞塊重映射表用來(lái)保存本磁盤上的壞塊重映射關(guān)系，然后主要修改存儲(chǔ)操作系統(tǒng)的內(nèi)核驅(qū)動(dòng)，依據(jù)所用磁盤是否處于冗余狀態(tài)，以及磁盤本身是否支持壞塊重映射操作等具體特點(diǎn)，分情況對(duì)磁盤壞塊進(jìn)行處理。本發(fā)明可以提高軟RAID環(huán)境下的數(shù)據(jù)可靠性，且處理方式比較靈活，處理效率較高。
文檔編號(hào)G06F11/00GK102508724SQ201110326370
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者周澤湘, 張偉濤, 張恒, 李艷國(guó), 武志民, 潘興旺, 王道邦, 章珉 申請(qǐng)人:北京同有飛驥科技股份有限公司