具体实施方式

本发明拟实施的解决存储磁盘阵列Write Hole的处理方法，所实施的技术手段要达到的目的在于，采用文件系统的Journal(日志)的设计思想，选用ssd+hdd两种盘的有效组合方式，借助于非易失性的快速设备做为写缓存，达到原子写操作的目的，从而避免Write Hole问题的出现。

本发明技术方案之设计人员所实施的处理方法，主要是在设计RAID时采用文件系统的Journal日志的设计思想，结合两种盘的有效组合方式来实现写请求的原子处理。然而，所构建的技术方案并非是针对每一种盘的具体型号或该方法所采用何种算法等技术手段进行限定的，并且本发明技术方案也无需对这些方面进行不必要的限定，如果技术人员在应用该方法时需要结合实际应用需求在所涉及的该方面进行优化，所涉及的各种手段均可采用常规技术手段即可。因而，所实施的技术方案实际上是一种能够让本领域技术人员结合常规技术手段参照及实施的处理方法，技术人员根据不同的应用需求以及设计要求，能够构建最终的解决存储磁盘阵列Write Hole的处理方法，并且通过所构建成的解决存储磁盘阵列Write Hole的处理方法技术方案在应用时能够实际获得其带来的一系列优势，如提高数据的准确性、实现写请求的原子处理、避免Write Hole问题的出现等，这些优势将会在以下对方法步骤的解析中逐步体现出来。

如图1-4所示，本发明所实施的解决存储磁盘阵列Write Hole的处理方法，其在设计RAID时，采用文件系统的Journal日志的设计思想，来实现写请求的原子处理，并且借助于非易失性的快速设备做为写缓存，达到原子写操作的目的，在采用相应的方法步骤之前，还要对方法的设计思路、设计过程进行解析，如下：

经过设计人员的反复验证，若采用非易失性的快速设备做为写缓存，实际上则可以达到对写请求的原子处理方法步骤的一种优化。

首先，文件系统在数据更新时，为了保证数据更新的原子性，可采用日志的方式，把一次数据更新操作看成一次transaction事务，即不论一次数据更新操作有多少次IO，从外部来看这是一次原子操作，可以称之为atomic write；当atomic write中间过程发生故障时，系统重启之后可以继续操作，保证数据要么更新完成，要么完全没有写入，不会存在中间状态；RAID系统想要解决Write Hole的问题，也需要引入这种Atomic write的机制，最直接的方式是在每次RAID进行条带数据更新时，首先记录一下日志，保存事件类型以及相关的数据；然后，再将数据提交到条带中；当条带数据全部更新完成之后，清除日志数据。这种方式可保证原子写，即使在条带数据更新过程中发生系统故障，系统重启之后，通过日志数据可以继续写过程，保证条带数据完全更新完毕，并处于数据一致的状态。

相应地，虽然采用日志的方式看似完善，但也会严重影响性能。在磁盘存储系统中，日志更新非常耗时，一次更新需要进行多次磁盘IO操作，如果日志存储空间和条带存储空间在物理上不连续，那么将会引入磁盘抖动问题，严重影响性能；对于闪存存储系统，引入日志系统之后，所有的数据操作将会引入双倍的数据写入操作，写放大问题变得非常棘手；所以，在开源RAID系统中，都没有提供这种日志操作方式，通常需要上层的文件系统来解决这种Write Hole的问题。

进一步地，在引入非易失内存的基础上，在更新RAID数据时，首先将数据写入非易失内存中，例如，非易失内存NVRAM(非易失性随机访问存储器，断电后仍能保持数据的一种RAM)，当NVRAM中的数据聚合完毕之后再更新写入条带，在条带数据更新的过程中，如果系统出现异常重启，由于NVRAM中依然存在未完成更新的数据，所以，条带中的数据将会被再次更新，不会存在中间数据状态，不会存在Write Hole的问题。

此外，在软RAID中，可以在系统中使用PCIe NVRAM或者NVDIMM来实现RAID的非易失数据缓存，通常在存储系统中，软RAID会和文件系统、上层的应用系统进行配合，因此，NVRAM也会和文件系统进行共享，从而解决掉Write Hole的问题。Write Hole是RAID的一个比较难于解决的问题，但是借助于非易失内存技术之后，该类问题则便于有效的避免和解决。

如图2-4所示，本发明所实施的解决存储磁盘阵列Write Hole的处理方法，对所采用的设计思路及设计过程进行总结，其步骤主要为：

首先，设计RAID时，以文件系统的Journal日志设计为基础，进行写请求的原子处理；

然后，借助于非易失性的快速设备做为写缓存，达到原子写操作的目的，对于journal盘的选择，分析如下：

对于SSD固态硬盘与HDD机械硬盘的选择，各自具有相应的优缺点，例如，各自储存原理不同，HDD机械硬盘中所有盘片都装在一个旋转轴上，每张盘片之间是平行的，在每个盘片的存储面上有一个磁头，所有的磁头联在一个磁头控制器上，由磁头控制器负责各个磁头的运动，SSD固态硬盘则是用固态电子存储芯片阵列制成的硬盘。又如，防震抗摔性不同，HDD机械硬盘都是磁碟型的，数据储存在磁碟扇区里，防震抗摔性差，SSD固态硬盘是使用闪存颗粒制作而成，所以SSD固态硬盘内部不存在任何机械部件，即使在高速移动甚至伴随翻转倾斜的情况下也不会影响到正常使用，在发生碰撞和震荡时能够将数据丢失的可能性降到最小；再如，数据存储速度不同，从评测数据来看，SSD固态硬盘相对HDD机械硬盘性能提升至少两倍。

针对本发明所实施之技术方案，倘若只选SSD做journal盘，SSD性能固然较佳，但是擦写次数有限，价格相对也比较高，而且无法进行数据恢复；若只选HDD做journal盘，HDD对擦写次数无限制，价格便宜，但是写性能又相对较低。

鉴于以上采用SSD固态硬盘与HDD机械硬盘的各自优缺点，本发明技术方案采用SSD+HDD的方式，通过两种盘的有效组合，消除SSD磁盘的寿命问题，以及HDD性能低的问题。

对于两种盘的有效结合方式，主要是通过监控数据io块大小而利用常规技术手段设计相应的算法，通过算法对io大小进行解析，若为小块，则将小块io并写入journal-SSD，若为大块，则将大块io并写入journal-HDD，若是遇到小块io且亦为连续的状况，则也并写入journal-HDD。

在本说明书的描述中，若出现术语“实施例一”、“本实施例”、“具体实施”等描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明或发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例；而且，所描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何一个或多个实施例或示例中以恰当的方式结合。

在本说明书的描述中，术语“设置”、“具有”等均做广义理解，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能够理解和应用，熟悉本领域技术的人员显然可轻易对这些实例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本案不限于以上实施方式，对于以下几种情形的修改，都应该在本案的保护范围内：①以本发明技术方案为基础并结合现有公知常识所实施的新的技术方案，如在Journal日志设计基础上，再通过SSD与HDD相结合形成用于区分不同io块写入的盘，所形成的技术方案产生的预期效果没有超出本发明之外；②采用公知技术对本发明技术方案的部分特征的等效替换，例如，根据常规技术手段设计而成的算法等，所产生的技术效果与本发明技术效果相同；③以本发明技术方案为基础进行拓展，拓展后的技术方案的实质内容没有超出本发明技术方案之外；④利用本发明文本记载内容所作的等效变换，将所得技术手段应用在其它相关技术领域的方案。