存储管理的方法、设备和计算机程序产品与流程

1.本公开的实施例涉及计算机领域，并且更具体地，涉及存储管理的方法、设备和计算机程序产品。


背景技术：

2.在基于独立盘冗余阵列(raid)的存储系统中，如果一个存储盘发生故障，存储系统可以利用其它存储盘中的数据来对故障盘中的数据进行恢复。然而，仍然可能出现多个存储盘同时出现故障的情况，这样的故障可能导致某些数据丢失而无法被有效地恢复。因此，如何降低存储盘故障所带来的风险成为当前的一个关注焦点。


技术实现要素：

3.本公开的实施例提供一种用于存储管理的方案。
4.根据本公开的第一方面，提出了一种存储管理的方法。该方法包括：确定一组存储盘中的第一存储盘的预期使用时间，一组存储盘中的至少一部分被配置为形成至少一个独立冗余磁盘阵列raid；根据确定预期使用时间小于预定的阈值，将第一存储盘中与至少一个raid中的第一raid相关联的第一存储块中的数据移动到一组存储盘中的第二存储盘中的第二存储块；以及利用第二存储块来替换第一存储块，以使得第二存储块与第一raid相关联。
5.根据本公开的第二方面，提出了一种用于存储管理的设备。该设备包括：至少一个处理单元；至少一个存储器，该至少一个存储器被耦合到该至少一个处理单元并且存储用于由该至少一个处理单元执行的指令，该指令当由该至少一个处理单元执行时，使得该设备执行动作，该动作包括：确定一组存储盘中的第一存储盘的预期使用时间，一组存储盘中的至少一部分被配置为形成至少一个独立冗余磁盘阵列raid；根据确定预期使用时间小于预定的阈值，将第一存储盘中与至少一个raid中的第一raid相关联的第一存储块中的数据移动到一组存储盘中的第二存储盘中的第二存储块；以及利用第二存储块来替换第一存储块，以使得第二存储块与第一raid相关联。
6.在本公开的第三方面，提供了一种计算机程序产品。该计算机程序产品被存储在非瞬态计算机存储介质中并且包括机器可执行指令，该机器可执行指令在设备中运行时使该设备执行根据本公开的第一方面所描述的方法的任意步骤。
7.提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的关键特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
8.通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常
代表相同部件。
9.图1示出了本公开的实施例可以在其中被实现的示例性存储系统的示意图；
10.图2示出了根据本公开的实施例的来自多个存储盘的多个存储块组成raid的示意图；
11.图3图示了根据本公开实施例的存储管理的过程的流程图；
12.图4示出了根据本公开实施例的存储管理的示意图；以及
13.图5图示了可以用来实施本公开内容的实施例的示例设备的示意性框图。
具体实施方式
14.下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
15.在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
16.示例存储系统
17.在基于raid的存储系统中，一个raid可以包括来自多个存储盘的存储块，多个存储盘也可以构成多个独立的raid。由于每个存储盘都存在一定的写入/擦除上限，在一个存储盘被写入/擦除的次数达到该上限后，该存储盘可能会发生故障，这也称之为存储盘磨损。
18.在基于raid的存储系统中，存储系统总是将io平均分布到各存储盘中，这会导致这些存储盘可能会同时达到写入/擦除上限，从而可能导致多个存储盘同时出现故障。考虑到一般raid通过数据冗余技术能够允许一个或两个存储盘的故障，出现多个存储盘的故障可能会对存储系统带来极大的数据风险，这是不可接受的。
19.针对上述问题以及潜在的其他问题，本公开的实施例提出了一种存储管理的方案。该方案通过有效地预测存储盘的剩余寿命，并提前进行数据迁移，从而提高存储系统的稳定性。
20.为了更好地理解根据本公开实施例的存储管理的过程，以下将首先介绍在基于raid的存储系统的基本架构。
21.图1示出了本公开的实施例可以在其中被实现的示例性存储系统100的示意图。如图1所示，存储系统100包括硬件存储池140，其包括多个存储盘142-1、142-2、142-3、
……
、142-n(n是大于等于1的整数)等等，以用于提供存储系统100的物理存储空间。为便于讨论，这些存储盘有时被统称为或分别称为存储盘142。存储盘142可以包括各种类型的具有存储功能的设备，包括但不限于，硬盘(hdd)、固态盘(ssd)、可移除盘、紧致盘(cd)、激光盘、光盘、数字多功能盘(dvd)、软盘、蓝光盘、串行附接小型计算机系统接口(scsi)存储盘(sas)、串行高级技术附接(sata)存储盘、任何其他磁性存储设备和任何其他光学存储设备、或它
们的任何组合。
22.存储系统100中的raid系统130建立在多个存储盘142之上，以利用raid算法组织存储盘142的物理存储空间。raid系统130向存储空间100的映射器120提供扁平物理地址空间。映射器120被配置为管理存储系统100的物理地址与逻辑地址之间的映射。映射器120向命名空间模块110提供扁平线性逻辑地址空间。命名空间模块110利用映射器提供的逻辑地址空间，并且可以调用映射器120的应用程序接口(api)来获得逻辑到物理地址的映射。在对存储系统100执行i/o操作时，来自用户的i/o请求由命名空间模块110接收，并被发送给映射器120。映射器120查找i/o请求所针对的数据的物理(数据被写入的地址或读取数据的地址)，并向raid系统130发起i/o，以由raid系统130向后端的存储盘进行实际i/o操作。
23.应当理解，图1仅示意性地示出了存储系统100中的与本公开的实施例相关的单元、模块或组件。图1中示出的各个组件仅是一种示例存储系统管理架构，在其他基于raid的存储系统中，可能存在其他架构划分方式，用于其他功能的其他单元、模块或组件，等等。因此，本公开的实施例不限于图1所描绘的具体设备、单元、模块或组件，而是一般性地适用于任何基于raid技术的存储系统。
24.在基于raid的存储系统中，可以利用各种raid算法来组织物理存储盘142，包括传统raid算法以及当前被称为raid 2.0的架构。为了更好地理解基于raid的存储系统，图2示出了raid系统130的示例结构。如图2所示，存储盘142被划分为多个存储块202(也被称为盘区(disk extent)或盘切片(disk slice))。这样的划分可以是逻辑上的划分。存储块202的大小取决于存储盘大小和划分方式。在一些示例中，存储块202的大小可以是千兆字节(gigabyte)级别。当然，根据实际部署需要，其他存储块大小也是可能的。
25.raid系统130以存储块202为单位构建。在一些动态分配的存储系统中，当raid系统130初始被创建时，所有存储块是空闲的。随着数据写入，当发现raid的容量不足时，raid系统130将以一定算法从不同存储盘142中选择多个存储块202，并将这些存储块202组成raid系统130的raid块210。这样的raid块210可以被认为是一个小型的raid，因为raid块210的i/o访问和管理类似于常规的raid。
26.可以以任何适当算法，诸如轮询分发(round-robin)算法、加权轮询分发算法等，从多个存储盘142选择存储块202。每个raid 210所包括的存储块的数目取决于raid的类型，以提供不同级别的数据冗余和恢复能力。raid的类型包括raid 2、raid 3、raid 4、raid 5、raid 6、raid 7、raid 10等。在图2以及下文中，出于解释说明的目的，以raid 5类型来讨论本公开的示例实施例。然而，应当理解，本公开的示例实施例可以类似地应用于任何其他类型的raid。
27.在图2中，根据raid 5类型，每个raid块210包括来自不同的存储盘142的五个存储块。如以上提及的，根据数据写入的需要可以不断分配分配新的raid块210，使得raid系统130的容量实现动态增长。图2中示出了已分配的五个raid块210(即，raid块0至raid块5)。在图2中在每个存储块202中以“raid块0”、“raid块1”、“raid块2”、“raid块3”、“raid块4”或“raid块5”来标记该存储块被分配到的相应raid块。各个存储盘142中未被选择用作raid块的存储块202被认为是空闲存储块202，被标记为“空闲”。
28.在一些实施例中，每个存储盘142中还可以被预留一个或多个存储块202(被标记为“预留”)。传统地，被标记为“预留”的存储块202可以用于在发生盘故障时数据重建。例
如，如果一个存储盘142发生故障，该存储盘142的存储块202均被标注为故障，这意味着基于这些存储块202建立的raid块210也受到影响。存储系统100可以启动重建过程，将选择预留的存储块202用于替换raid块210中被标记为故障的存储块，并将被标记为故障的存储块中的数据/信息重建到所预留的存储块202。根据重建算法，重建过程可能是在盘故障后一段时间内被启动。本公开的实施例在此方面不受限制。
29.示例过程
30.如上文所讨论的，存储系统中的一些存储盘可能因为写入/擦除次数达到上限而随时可能发生故障。此外，由于基于raid的存储系统总是将io平均分配到各存储盘，这可能使得多个存储盘在同一时间段发生故障，进而带来极大的数据风险。
31.根据本公开的实施例，提供了一种存储管理的方案。在该方案中，首先确定一组存储盘中的第一存储盘的预期使用时间。在确定预期使用时间小于预定的阈值时，将第一存储盘中与第一raid相关联的第一存储块中的数据移动到一组存储盘中的第二存储盘中的第二存储块。随后，利用第二存储块来替换第一存储块，以使得第二存储块与第一raid相关联。基于这样的方式，可以将剩余使用时间较短的存储盘的数据提前迁移到其他稳定的存储盘，从而提高存储系统的稳定性。
32.下文将参考图3来描述根据本公开实施例的存储管理的过程。图3示出了根据本公开的一些实施例的存储管理的过程300的流程图。过程300例如可以由用于管理图1中所示的存储系统100的管理设备来实现。
33.在框302，管理设备确定一组存储盘中的第一存储盘的预期使用时间，其中一组存储盘中的至少一部分被配置为形成至少一个独立冗余磁盘阵列raid。例如，对于图2的示例，一组存储盘140被配置为至少形成多个raid块。
34.在一些实施例中，管理设备可以通过存储盘的运行参数来确定预期使用时间。具体地，管理设备可以确定第一存储盘的已使用时间和磨损程度。例如，对于图2的示例，管理设备可以通过获取各存储盘所提供的s.m.a.r.t.(self-monitoring analysis and reporting technology)参数来获取第一存储盘142-1的已使用时间和磨损程度。已使用时间表示该存储盘已经运行的时间，而磨损程度则反映该存储盘的磨损状态，例如值0可以指示该存储盘彻底磨损，而值100可以指示该存储盘处于尚未被磨损的状态。
35.随后，管理设备可以基于已使用时间和磨损程度，确定预期使用时间。具体地，管理设备例如可以根据公式(1)来确定预期使用时间：
[0036][0037]
其中，h
rem
表示该存储盘的预期使用时间，h
on
表示该存储盘的已使用时间，w
c
表示该存储盘的磨损程度。
[0038]
在一些实施例中，管理设备可以按照固定地周期来确定一组存储盘中的每个存储盘的预期使用时间。附加地，当确定特定存储盘的预期使用时间较短时，管理设备可以降低确定该存储盘的预期使用时间的周期。例如，当确定存储盘的预期使用时间小于720小时时，管理设备可以将该周期从每7天一次缩短为每12小时一次。或者，当确定存储盘的预期使用时间小于240小时，管理设备可以进一步将该周期从每12小时一次缩短为每2小时一次。基于这样的方式，可以紧密地跟踪接近使用寿命的存储盘，从而提高存储系统的稳定
性。
[0039]
应当理解，以上示例中提及的具体时间与周期仅是示意性的，不构成对本公开的限制。
[0040]
在框304，管理设备根据确定预期使用时间小于预定的阈值，将第一存储盘中与至少一个raid中的第一raid相关联的第一存储块中的数据移动到一组存储盘中的第二存储盘中的第二存储块。以下将参考图4来描述框304的过程，图4示出了根据本公开实施例的存储管理的示意图400。
[0041]
如图4所示，例如当管理设备确定第一存储盘142-1的预期使用时间小于预定的阈值时，管理设备可以将第一存储盘142-1中的存储块402中的数据移动到第二存储盘142-2中的存储块410。在一些实施例中，第二存储盘142-2例如可以是预期使用时间超过一定数据的存储盘。
[0042]
具体地，在第一存储盘142-1未发生故障时，管理设备可以在第二存储盘124-2的预留空间中分配第二存储块410。随后，管理设备可以将将第一存储块402中的数据移动到第二存储块410中。
[0043]
在一些实施例中，管理设备还可以将第二存储块410标记为待重新条带化(restripe)。附加地，管理设备还可以将建议第一存储块402与第二存储块410之间的管理，使得第一存储块402与第二存储块410可以相应io请求。具体地，当接收到针对第一存储盘的io请求时，管理设备可以在第一存储盘和第二存储盘处同时执行与io请求相对应的操作。基于这样的方式，可以使得raid在数据迁移的过程中还能够正常地对io请求进行响应，并且保证数据的一致性。
[0044]
在一些实施例中，在将第一存储块402的数据拷贝到第二存储块410时，第一存储盘142-1可能已经发生故障。此时，无法通过数据拷贝来移动第一存储块402中的数据。在一些实施例中，管理设备可以通过数据重建来在第二存储块410中写入第一存储块402中的数据。
[0045]
具体地，在确定第一存储盘142-1发生故障时，基于raid的数据冗余机制，管理设备可以根据确定第一存储盘142-1发生故障，利用与第一存储块102相关联的存储块来重建第一存储块中的数据。例如，对于图4的示例，管理设备可以利用存储块404、406和408中的数据来重建第一存储块402中的数据。随后，管理设备可以将经重建的数据存储到第二存储块410中。
[0046]
在一些实施例中，当确定第一存储盘142-2的预期使用时间小于阈值时，管理设备可以阻止在第一存储盘142-2处分配新的存储块。基于这样的方式，可以避免在该存储盘142-2中为新的raid分配存储块，从而降低对于该存储盘142-2的io请求数量，从而延缓其可能发生故障的时间。
[0047]
继续参考图3，在框306，管理设备利用第二存储块410来替换第一存储块402，以使得第二存储块与第一raid相关联。
[0048]
具体地，对于被标记为待重新条带化的存储块，管理设备可以通过重新条带化来构建新的raid块。例如，对于图4的示例，管理设备可以通过重新条带化来解除raid块210与存储块402之间的关联，并将raid块210与存储块410建立关联。基于这样的方式，管理设备可以构建新的raid块210。
[0049]
对于第一存储盘142-1已经发生故障的情形，管理设备可以通过重建过程来利用第二存储块410替换第一存储块402，以构建新的raid块。
[0050]
在一些实施例中，当第一存储盘142-1中的所有存储块都已经被相应地替换后，管理设备可以将第一存储盘142-1标记为失效，从而从一组存储盘140中移除。
[0051]
基于上文讨论的方式，本公开的实施例可以通过确定存储盘即将使用时间到期而预先将其中存储的数据移动到其他存储盘，并且不会影响raid对于io请求的正常响应，从而提高了存储系统的稳定性。
[0052]
示例设备
[0053]
图5示出了可以用来实施本公开内容的实施例的示例设备500的示意性框图。例如，根据本公开实施例的存储系统100的管理设备可以由设备500来实施。如图所示，设备500包括中央处理单元(cpu)501，其可以根据存储在只读存储器(rom)502中的计算机程序指令或者从存储单元508加载到随机访问存储器(ram)503中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在ram 503中，还可存储设备500操作所需的各种程序和数据。cpu 501、rom 502以及ram 503通过总线504彼此相连。输入/输出(i/o)接口505也连接至总线504。
[0054]
设备500中的多个部件连接至i/o接口505，包括：输入单元506，例如键盘、鼠标等；输出单元507，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元508，例如磁盘、光盘等；以及通信单元509，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元509允许设备500通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
[0055]
上文所描述的各个过程和处理，例如方法300，可由处理单元501执行。例如，在一些实施例中，方法300可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元508。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom 502和/或通信单元509而被载入和/或安装到设备500上。当计算机程序被加载到ram 503并由cpu 501执行时，可以执行上文描述的方法300的一个或多个动作。
[0056]
本公开可以是方法、装置、系统和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于执行本公开的各个方面的计算机可读程序指令。
[0057]
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、静态随机存取存储器(sram)、便携式压缩盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能盘(dvd)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
[0058]
这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关
计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
[0059]
用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(isa)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如smalltalk、c++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“c”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(fpga)或可编程逻辑阵列(pla)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。
[0060]
这里参照根据本公开实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
[0061]
这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理单元，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理单元执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。
[0062]
也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。
[0063]
附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0064]
以上已经描述了本公开的各实施方式，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施方式。在不偏离所说明的各实施方式的范围和精神的情况下，对
于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施方式的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其他普通技术人员能理解本文披露的各实施方式。