專利名稱：一種實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)系統(tǒng)自動(dòng)精簡配置和精簡分配的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)系統(tǒng)自動(dòng)精簡配置精簡分配的系統(tǒng)及方法，通常用于存儲(chǔ)系統(tǒng)中，旨在提供一種對自動(dòng)精簡配置存儲(chǔ)池空間進(jìn)行精簡分配的系統(tǒng)架構(gòu)。
背景技術(shù)：
自動(dòng)精簡配置存儲(chǔ)方案能夠給操作系統(tǒng)提供大容量的虛擬驅(qū)動(dòng)器。這種技術(shù)的核心是“欺騙”。簡單的說，實(shí)際的物理存儲(chǔ)設(shè)備可能并沒有這么多，而讓操作系統(tǒng)認(rèn)為有這么大的存儲(chǔ)空間。這主要是因?yàn)槠髽I(yè)中的數(shù)據(jù)往往也是在逐漸增加，而不是一開始就有這么多。自動(dòng)精簡配置擴(kuò)展了存儲(chǔ)管理功能，雖然實(shí)際分配的物理容量小，但可以為操作系統(tǒng)提供超大容量的虛擬存儲(chǔ)空間。隨著應(yīng)用寫入的數(shù)據(jù)越來越多，實(shí)際存儲(chǔ)空間也可以及時(shí)擴(kuò)展，而無需手動(dòng)擴(kuò)展。換句話說，自動(dòng)精簡配置提供的是“運(yùn)行時(shí)空間”，可以顯著減少已分配但是未使用的存儲(chǔ)空間。如圖1所示傳統(tǒng)存儲(chǔ)與自動(dòng)精簡配置存儲(chǔ)的空間占用對比圖。自動(dòng)精簡配置將所有的存儲(chǔ)空間匯集到一個(gè)資源池中，并使用統(tǒng)一大小的“塊”將空間劃分，最終，按需分配給應(yīng)用的是資源池中的“塊”。在自動(dòng)精簡配置精簡分配中，我們采用寫時(shí)分配技術(shù)，物理磁盤容量只有在應(yīng)用程序?qū)懻鎸?shí)數(shù)據(jù)到邏輯卷時(shí)才會(huì)將實(shí)際的存儲(chǔ)池空間分配出去。簡單理解就是只有在有寫請求的時(shí)候，才會(huì)按需從空閑的資源池中分配新的塊給該請求。這種按需精簡分配是自動(dòng)精簡配置精簡分配的實(shí)質(zhì)。自動(dòng)精簡配置包括存儲(chǔ)池和精簡卷。其中存儲(chǔ)池空間是占用實(shí)際物理空間，而精簡卷就是通過“欺騙”提供給操作系統(tǒng)的虛擬驅(qū)動(dòng)器，并不真實(shí)的占用實(shí)際物理空間。由存儲(chǔ)池向精簡卷提供存儲(chǔ)空間，一個(gè)存儲(chǔ)池可以對應(yīng)多個(gè)精簡卷，而每一個(gè)精簡卷都可以大于或者小于存儲(chǔ)池空間容量。因此，為了保證自動(dòng)精簡配置正常運(yùn)行，自動(dòng)精簡配置的精簡分配急需解決三方面問題，一個(gè)是自動(dòng)精簡配置精簡分配的分配算法問題，為了保證分配存儲(chǔ)池空間的正確性，我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)精準(zhǔn)的精簡分配算法；另一個(gè)是保證數(shù)據(jù)一致性，精簡分配是一個(gè)過程，需要保證整個(gè)分配過程寫入數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)一致性；最后一個(gè)是解決并發(fā)訪問的問題，要保證對同一個(gè)存儲(chǔ)池同一個(gè)塊的精簡分配的互斥性，避免并發(fā)分配同一個(gè)塊，保證分配塊的唯一性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)系統(tǒng)自動(dòng)精簡配置和精簡分配的方法。本發(fā)明的有益效果是:實(shí)現(xiàn)自動(dòng)精簡配置存儲(chǔ)池的精簡分配，按需分配自動(dòng)精簡配置存儲(chǔ)池空間，根據(jù)用戶數(shù)據(jù)的實(shí)際占用的空間，自動(dòng)分配存儲(chǔ)空間，提高磁盤存儲(chǔ)空間的利用率，推遲用戶磁盤擴(kuò)容的時(shí)間，減少磁盤購買數(shù)量，提高存儲(chǔ)性能，減少環(huán)境對存儲(chǔ)的壓力，降低總體實(shí)現(xiàn)成本，從而降低系統(tǒng)的整體能耗、冷卻成本、以及二氧化碳排放量，符合綠色存儲(chǔ)的要求。因此采用這種系統(tǒng)架構(gòu)，能夠自動(dòng)，高效，精簡的完成自動(dòng)精簡配置存儲(chǔ)池精簡分配的工作。


圖1是傳統(tǒng)存儲(chǔ)與自動(dòng)精簡配置存儲(chǔ)的空間占用對比 圖2是精簡分配整體流程示意 圖3是精簡分配塊分配流程示意 圖4是精簡分配分配塊映射流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
參照說明書附圖對本發(fā)明的方法作以下詳細(xì)地說明。一種實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)系統(tǒng)自動(dòng)精簡配置精簡分配的系統(tǒng)架構(gòu)，該架構(gòu)支持在不同的操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)精簡配置存儲(chǔ)池空間的精簡分配。在自動(dòng)精簡分配中，采用事務(wù)機(jī)制來保證分配過程的數(shù)據(jù)一致性。在算法上，采用先完成存儲(chǔ)池實(shí)際存儲(chǔ)空間塊的分配，然后再完成存儲(chǔ)池到精簡卷的塊的映射過程，精簡分配過程的正確性。針對精簡分配過程，采用塊管理機(jī)制，只允許一個(gè)數(shù)據(jù)塊有一個(gè)寫者，從而在按需分配的過程中，避免并發(fā)寫入同一個(gè)塊的事件發(fā)生，保證分配數(shù)據(jù)塊的唯一性。該系統(tǒng)包括:(I)事務(wù)管理模塊；(2 )塊管理模塊；(3 )刷寫塊模塊；(4)空間驗(yàn)證模塊；(5)塊分配模塊；(6)分配塊映射模塊；
事務(wù)管理模塊(I )，唯一可以獲得可寫塊的途徑，這是通過分配新塊和跟隨已存在的塊來實(shí)現(xiàn)的。事務(wù)機(jī)制提交的方法確保在寫超級塊之前，所有數(shù)據(jù)都會(huì)被刷新。如果出現(xiàn)停電等意外情況，元數(shù)據(jù)信息將保持最后一次提交的狀態(tài)。該模塊針對精簡分配提供分配新塊的事務(wù)和提交事務(wù)的操作；
塊管理模塊(2)，提供固定大小的數(shù)據(jù)的入口，支持并發(fā)的讀操作，但是對于每一個(gè)塊，只支持一個(gè)單獨(dú)的寫操作；提供緩存數(shù)據(jù)的刷新操作，將緩存中數(shù)據(jù)刷寫至磁盤。針對精簡分配提供獲取寫鎖、刷新數(shù)據(jù)等操作；
刷寫塊重映射模塊(3)，完成刷新(flush) IO請求的重映射操作；
空間驗(yàn)證模塊(4)，判斷自動(dòng)精簡配置存儲(chǔ)池是否還有剩余空間，如果沒有剩余空間就嘗試釋放一些無用的存儲(chǔ)池空間，如果有剩余空間返回0，如果沒有剩余空間返回?zé)o空間(-ENOSPC)；
塊分配模塊(5)，是真正的在存儲(chǔ)池完成塊分配的模塊，也是精簡分配的核心模塊。塊分配模塊會(huì)在存儲(chǔ)池中找到下一個(gè)可以使用的數(shù)據(jù)塊，并且判斷該塊是否被IO請求完整覆蓋，如果是，則直接重映射IO至該塊；否則，說明該塊只被部分占用，因此將該塊全部清零，并重映射IO至該塊。如圖3所示；
分配塊映射模塊(6)，完成存儲(chǔ)池空間新分配的塊與對應(yīng)精簡卷映射的操作。該模塊會(huì)將映射信息插入到自動(dòng)精簡配置的元數(shù)據(jù)信息中，建立存儲(chǔ)池中的塊與精簡卷的對應(yīng)的塊的關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而最終完成精簡分配的映射過程，并再次調(diào)度該IO請求。如圖4所示。根據(jù)所述事務(wù)管理模塊(1)，當(dāng)開始精簡分配時(shí)，會(huì)調(diào)用事務(wù)管理模塊(I)開始分配新塊的一個(gè)事務(wù)，然后調(diào)用塊管理模塊(2)獲取一個(gè)寫鎖。根據(jù)所述事務(wù)管理模塊(1)，當(dāng)精簡分配完成映射后，會(huì)首先調(diào)用事務(wù)管理模塊
(I)提交事務(wù)的操作，然后調(diào)用模塊(2)刷新數(shù)據(jù)的操作，將元數(shù)據(jù)信息刷寫至磁盤，整個(gè)過程無誤，表示整個(gè)事務(wù)的操作完成。根據(jù)所述塊分配模塊(5)，當(dāng)塊分配模塊成功分配新的塊后，會(huì)調(diào)用分配塊映射模塊(6)將存儲(chǔ)池中新分配的塊與精簡卷空間建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，完成映射操作。根據(jù)所述分配塊映射模塊(6)，當(dāng)精簡分配完成映射后，會(huì)調(diào)用事務(wù)管理模塊(I)提交事務(wù)的操作。自動(dòng)精簡配置精簡分配系統(tǒng)的整體流程如圖2精簡分配整體流程示意圖所示。本發(fā)明實(shí)施方案非常簡單，只需要在LINUX內(nèi)核中安裝自動(dòng)精簡配置軟件并加入本發(fā)明的系統(tǒng)模塊程序即可。根據(jù)本發(fā)明，自動(dòng)精簡配置精簡分配系統(tǒng)能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)池的精簡分配，當(dāng)需要分配存儲(chǔ)空間時(shí)，精簡分配模塊會(huì)自動(dòng)按需分配存儲(chǔ)空間，滿足自動(dòng)精簡配置的精簡特性。除說明書所述的技術(shù)特征外，均為本專業(yè)技術(shù)人員的已知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)系統(tǒng)自動(dòng)精簡配置和精簡分配的方法，其特征在于在不同的操作系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)精簡配置存儲(chǔ)池空間的精簡分配，該系統(tǒng)包括:(1)事務(wù)管理模塊；(2)塊管理模塊；(3)刷寫塊模塊；(4)空間驗(yàn)證模塊；(5)塊分配模塊；(6)分配塊映射模塊，其中: 事務(wù)管理模塊(1)，唯一獲得可寫塊的途徑，通過分配新塊和跟隨已存在的塊來實(shí)現(xiàn)的，事務(wù)機(jī)制提交的方法確保在寫超級塊之前，所有數(shù)據(jù)都會(huì)被刷新，如果出現(xiàn)停電意外情況，元數(shù)據(jù)信息將保持最后一次提交的狀態(tài)，該模塊針對精簡分配提供分配新塊的事務(wù)和提交事務(wù)的操作； 塊管理模塊(2)，提供固定大小的數(shù)據(jù)的入口，支持并發(fā)的讀操作，但是對于每一個(gè)塊，只支持一個(gè)單獨(dú)的寫操作；提供緩存數(shù)據(jù)的刷新操作，將緩存中數(shù)據(jù)刷寫至磁盤，針對精簡分配提供獲取寫鎖、刷新數(shù)據(jù)操作； 刷寫塊重映射模塊(3)，完成刷新IO請求的重映射操作，刷新的IO請求不需要分配新塊，因此直接完成重映射； 空間驗(yàn)證模塊(4)，判斷自動(dòng)精簡配置存儲(chǔ)池是否還有剩余空間，如果沒有剩余空間就嘗試釋放一些無用的存儲(chǔ)池空間，如果有剩余空間返回0，如果沒有剩余空間返回?zé)o空間-ENOSPC ； 塊分配模塊(5)，是真正的在存儲(chǔ)池完成塊分配的模塊，也是精簡分配的核心模塊，塊分配模塊會(huì)在存儲(chǔ)池中找到下一個(gè)能夠使用的數(shù)據(jù)塊，并且判斷該塊是否被IO請求完整覆蓋，如果是，則直接重映射IO至該塊；否則，說明該塊只被部分占用，因此將該塊全部清零，并重映射IO至該塊； 分配塊映射模塊(6)，完成存儲(chǔ)池空間新分配的塊與對應(yīng)精簡卷映射的操作，該模塊會(huì)將映射信息插入到自動(dòng)精簡配置的元數(shù)據(jù)信息中，建立存儲(chǔ)池中的塊與精簡卷的對應(yīng)的塊的關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而最終完成精簡分配的映射過程，并再次調(diào)度該IO請求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于事務(wù)管理模塊(I)開始精簡分配時(shí)，會(huì)調(diào)用事務(wù)管理模塊(I)開始分配新塊的一個(gè)事務(wù)，然后調(diào)用塊管理模塊(2)獲取一個(gè)寫鎖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于事務(wù)管理模塊(I)精簡分配完成映射后，會(huì)首先調(diào)用事務(wù)管理模塊(I)提交事務(wù)的操作，然后調(diào)用塊管理模塊(2)刷新數(shù)據(jù)的操作，將元數(shù)據(jù)信息刷寫至磁盤，整個(gè)過程無誤，表示整個(gè)事務(wù)的操作完成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于塊分配模塊(5)成功分配新的塊后，會(huì)調(diào)用分配塊映射模塊(6)將存儲(chǔ)池中新分配的塊與精簡卷空間建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，完成映射操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于分配塊映射模塊(6)精簡分配完成映射后，會(huì)調(diào)用事務(wù)管理模塊(I)提交事務(wù)的操作。
全文摘要
本發(fā)明提供一種實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)系統(tǒng)自動(dòng)精簡配置和精簡分配的方法，本發(fā)明能夠自動(dòng)的、精簡的按需分配自動(dòng)精簡配置的存儲(chǔ)池空間，能夠最大化合理的利用存儲(chǔ)系統(tǒng)的物理存儲(chǔ)空間。夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)精簡設(shè)備存儲(chǔ)池的精簡分配，存儲(chǔ)池空間自動(dòng)按需分配，保證精簡分配過程數(shù)據(jù)塊的正確性和數(shù)據(jù)的一致性。能夠按需分配存儲(chǔ)池空間，通過精簡分配將存儲(chǔ)池空間自動(dòng)分配給精簡卷以供使用者使用，使用者無需人工干預(yù)精簡分配過程。本發(fā)明的友誼效果是，通過該系統(tǒng)架構(gòu)，能采用該系統(tǒng)架構(gòu)，可以自動(dòng)的、精簡的分配存儲(chǔ)池空間，當(dāng)需要存儲(chǔ)池提供空間的時(shí)候，自動(dòng)精簡配置才會(huì)精簡的分配存儲(chǔ)池空間。
文檔編號G06F12/06GK103106150SQ20131005670
公開日2013年5月15日 申請日期2013年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月22日
發(fā)明者溫源, 張宇, 梁志誠, 文中領(lǐng), 張延楓 申請人:浪潮電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司