一种增量快照扩容方法和装置

本发明涉及网络存储技术领域，更具体地，特别是指一种增量快照扩容方法和装置。

快照是一种基于时间点的数据保护技术。当对一个卷创建了快照之后，快照关系中的目标卷就拥有了创建快照时刻源卷中相同的数据。之后当源卷数据被修改，目标卷中的数据仍然会保持不变，这就达到了保护数据的目的。快照按照数据拷贝的数量分为普通快照和增量快照。普通快照每次启动后都会将源卷所有数据拷贝到目标卷上；而增量快照只有在第一次启动后会将数据全部拷贝到目标卷上，之后再启动快照，则只会将本次启动与上次启动时间段内发生变化的数据拷贝到目标卷中，这样会节省带宽，降低系统压力。

卷扩容技术可以使一个已有的卷容量增大，从而达到存储更多数据的目的。

两个卷之间可以创建快照关系的前提条件是这两个卷的容量必须一样大。当创建完快照关系后，存储系统会生成一个分裂位图用于管理该快照关系，若该快照是增量快照，则还会额外生成一个差异位图(diff bitmap，用于标记快照启动后源卷哪些数据块数据发生了变化，用来记录变化的数据。此时无论是源卷还是目标卷都无法执行卷扩容操作。因为一旦某一个或两个卷的容量发生改变，这块多出来的区域没有对应的位图进行管理，就会出现数据不一致现象，这样就达不到使用快照保护数据的目的了。如果想实现卷扩容，就必须先断开快照关系，对两个卷都扩容后，再重新建立快照关系。这样操作不但繁琐，而且如果快照进度未完成时断开快照关系，也会出现数据不一致的后果。

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种增量快照扩容技术，可以在不断开快照关系的前提下进行卷扩容操作。

基于上述目的，本发明一方面提供了一种增量快照扩容方法，该方法包括：

关闭主机与源卷之间的输入输出，并判断目标卷所在的第一存储池剩余的容量空间是否满足预设容量的扩容；

响应于第一存储池剩余的容量空间满足扩容所需的容量，通过目标卷向第一存储池申请预设容量的虚拟扩容空间；

判断源卷所在的第二存储池剩余的容量空间是否满足预设容量的扩容；

响应于第二存储池剩余的容量空间满足扩容所需的容量，通过源卷向第二存储池申请预设容量的实际扩容空间；

根据预设容量计算所需位图空间大小，并判断位图空间的剩余空间是否能满足所需位图空间大小；

响应于位图空间的剩余空间满足所需位图空间大小，配置位图信息并根据位图信息更新快照进度，并反馈扩容成功信息以及恢复主机的输入输出。

在本发明的增量快照扩容方法的一些实施方式中，根据预设容量计算所需位图空间大小，并判断位图空间的剩余空间是否能满足所需位图空间大小还包括：

根据预设容量计算所需的分裂位图和差异位图的大小，判断位图空间是否满足分裂位图和差异位图的大小。

在本发明的增量快照扩容方法的一些实施方式中，响应于位图空间的剩余空间满足所需位图空间大小，配置位图信息并根据位图信息更新快照进度还包括：

响应于位图空间满足分裂位图和差异位图的大小，将分裂位图全部配置为已拷贝状态，将所有差异位图配置为待拷贝状态。

在本发明的增量快照扩容方法的一些实施方式中，判断目标卷所在的第一存储池剩余的容量空间是否满足预设容量的扩容还包括：

判断源卷的第二存储池和目标卷的第一存储池是否为同一个存储池；

响应于源卷的第二存储池和目标卷的第一存储池为同一个存储池，根据存储池的剩余的容量空间是否大于或等于预设容量的2倍来判断是否满足预设容量的扩容；

响应于源卷的第二存储池和目标卷的第一存储池不是同一个存储池，根据存储池的剩余的容量空间是否大于或等于预设容量来判断是否满足预设容量的扩容。

在本发明的增量快照扩容方法的一些实施方式中，方法还包括：

响应于第一存储池剩余的容量空间不满足扩容所需的容量，结束扩容的进程，反馈扩容失败信息并恢复源卷与主机的输入输出。

在本发明的增量快照扩容方法的一些实施方式中，方法还包括：

响应于第二存储池剩余的容量空间不满足扩容所需的容量，根据预设容量对已扩容的目标卷进行缩容操作，反馈扩容失败信息，并恢复源卷与主机的输入输出。

在本发明的增量快照扩容方法的一些实施方式中，方法还包括：

响应于位图空间的剩余空间不满足所需位图空间大小，根据预设容量对已扩容的源卷和目标卷进行缩容操作，反馈扩容失败信息，并恢复源卷与主机的输入输出。

本发明实施例的另一方面，还提供了一种增量快照扩容装置，该装置包括：

目标卷扩容空间判断模块，目标卷扩容空间判断模块配置为关闭主机与源卷之间的输入输出，并判断目标卷所在的第一存储池剩余的容量空间是否满足预设容量的扩容；

目标卷扩容空间申请模块，目标卷扩容空间申请模块配置为响应于第一存储池剩余的容量空间满足扩容所需的容量，通过目标卷向第一存储池申请预设容量的虚拟扩容空间；

源卷扩容空间判断模块，源卷扩容空间判断模块配置为判断源卷所在的第二存储池剩余的容量空间是否满足预设容量的扩容；

源卷扩容空间申请模块，源卷扩容空间申请模块配置为响应于第二存储池剩余的容量空间满足扩容所需的容量，通过源卷向第二存储池申请预设容量的实际扩容空间；

位图扩容空间判断模块，位图扩容空间判断模块配置为根据预设容量计算所需位图空间大小，并判断位图空间的剩余空间是否能满足所需位图空间大小；

位图扩容空间申请模块，位图扩容空间申请模块配置为响应于位图空间的剩余空间满足所需位图空间大小，配置位图信息并根据位图信息更新快照进度，并反馈扩容成功信息以及恢复主机的输入输出。

在本发明的增量快照扩容装置的一些实施方式中，位图扩容空间判断模块还配置为：

根据预设容量计算所需的分裂位图和差异位图的大小，判断位图空间是否满足分裂位图和差异位图的大小。

在本发明的增量快照扩容装置的一些实施方式中，目标卷扩容空间判断模块还配置为：

判断源卷的第二存储池和目标卷的第一存储池是否为同一个存储池；

响应于源卷的第二存储池和目标卷的第一存储池为同一个存储池，根据存储池的剩余的容量空间是否大于或等于预设容量的2倍来判断是否满足预设容量的扩容；

响应于源卷的第二存储池和目标卷的第一存储池不是同一个存储池，根据存储池的剩余的容量空间是否大于或等于预设容量来判断是否满足预设容量的扩容。

本发明至少具有以下有益技术效果：可以在不断开快照关系的情况下对源卷进行扩容操作。这样就不会破坏本次快照的数据一致性。同时，扩容操作完成后，源卷容量仍然会与目标卷容量保持一致，这就使得用户在需要的时候可以直接再次启动该快照，而不需要为该源卷重新匹配一个与其容量相同的目标卷了。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1示出了根据本发明的增量快照扩容方法的实施例的示意性框图；

图2示出了根据本发明的增量快照扩容装置的实施例的示意性框图。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”和“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

基于上述目的，本发明实施例的第一个方面，提出了一种增量快照扩容方法的实施例。图1示出的是根据本发明的增量快照扩容方法的实施例的示意性框图。如图1所示的实施例中，该方法至少包括如下步骤：

S100、关闭主机与源卷之间的输入输出，并判断目标卷所在的第一存储池剩余的容量空间是否满足预设容量的扩容；

S200、响应于第一存储池剩余的容量空间满足扩容所需的容量，通过目标卷向第一存储池申请预设容量的虚拟扩容空间；

S300、判断源卷所在的第二存储池剩余的容量空间是否满足预设容量的扩容；

S400、响应于第二存储池剩余的容量空间满足扩容所需的容量，通过源卷向第二存储池申请预设容量的实际扩容空间；

S500、根据预设容量计算所需位图空间大小，并判断位图空间的剩余空间是否能满足所需位图空间大小；

S600、响应于位图空间的剩余空间满足所需位图空间大小，配置位图信息并根据位图信息更新快照进度，并反馈扩容成功信息以及恢复主机的输入输出。

在本发明的一些实施例中，通过指定源卷、目标卷、位图的扩容顺序，以及扩容后的状态处理，来确保可以在不断开增量快照关系的前提下实现源卷扩容的功能，并且能够保证增量快照的数据一致性。源卷扩容完成后，也可以再次启动该快照，不会出现因源卷与目标卷容量不一致而无法再次启动的问题。

在本发明的一些实施例中，假设源卷原始容量为c，需扩展的容量为x，快照源卷进行扩容操作的步骤如下：如果源卷有主机IO(输入输出)，则先暂停该主机IO；目标卷向所在的第一存储池查询该第一存储池中剩余容量是否足够。如果第一存储池容量满足要求，则执行下一步骤，即目标卷向所在第一存储池额外申请容量为x的虚拟容量。虚拟容量即该容量为x的空间没有被实际分配，只有当目标卷要使用这块空间时，这部分容量才会被实际分配。源卷向所在的第二存储池查询该第二存储池中剩余容量是否足够。第二存储池剩余容量应大于x。如果第二存储池容量满足要求，则执行下一步骤，即源卷向所在第二存储池额外申请容量为x的实际容量，并对这段容量空间进行格式化操作。根据容量x计算所需位图的大小。如果位图空间容量满足要求，则执行下一步骤，即配置位图信息并根据位图信息更新快照进度，并反馈扩容成功信息以及恢复主机的输入输出。源卷扩容后，仍与目标卷容量保持一致。用户再次启动这个快照时，源卷与目标卷容量相同，从而可以正常启动。

根据本发明的增量快照扩容方法的一些实施方式，根据预设容量计算所需位图空间大小，并判断位图空间的剩余空间是否能满足所需位图空间大小还包括：

根据预设容量计算所需的分裂位图和差异位图的大小，判断位图空间是否满足分裂位图和差异位图的大小。

在本发明的一些实施例中，根据容量x计算所需位图的大小，假设所需容量为xbitmap，所需的分裂位图和差异位图的容量是一样的。则查询位图空间的剩余容量是否大于2*x bitmap。

根据本发明的增量快照扩容方法的一些实施方式，响应于位图空间的剩余空间满足所需位图空间大小，配置位图信息并根据位图信息更新快照进度还包括：

响应于位图空间满足分裂位图和差异位图的大小，将分裂位图全部配置为已拷贝状态，将所有差异位图配置为待拷贝状态。

分裂位图(split bitmap)用于管理快照关系中从源卷向目标卷拷贝数据操作的一个数组结构。数组中每一个元素大小为1bit，用于标记源卷中某块固定大小(比如256KB)数据是否已经从源卷拷贝到了目标卷。若已拷贝，则将位图对应bit置为1；若未拷贝，则置为0。差异位图(diff bitmap)用于标记快照启动后源卷哪些数据块数据发生了变化(主机IO进行了数据修改)。差异位图是一个数组结构，数组中每一个元素大小为1bit。若某块固定大小数据(比如256KB)发生了变化，则将位图对应bit置为1；若未拷贝，则置为0。

在本发明的一些实施例中，将额外申请的分裂位图全部置位为1(已拷贝状态)。由于快照是基于时间点的数据保护，在创建快照的时候，源卷没有后面容量为x的空间，因此在源卷扩容后，不需要将这段空间中的数据拷贝到目标卷，因此可以将这段空间的位图全部置为1。这样做也大大减少了无用数据的拷贝，降低了系统的性能压力。

在本发明的一些实施例中，根据位图信息更新快照进度。将额外申请的差异位图全部置位为1(待拷贝状态)。由于该快照启动时，源卷没有后面容量为x的空间，因此这部分新增空间的数据属于启动快照后改变的数据，所以这部分数据对应的差异位图部分(也就是差异位图新增的部分)应该全部置为1，表示这部分数据较快照启动时发生了变化，在下次启动快照时，应该将这部分数据进行拷贝。

如果该快照关系设置了后台拷贝速率(源卷的数据在后台向目标卷拷贝的速度，值越大，拷贝越快。若将此值设置为0，则表示禁用后台拷贝)，则扩容过程中无需将后台拷贝(源卷的数据在后台拷贝到目标卷中)操作禁用。因为后台拷贝操作是根据分裂位图来判断源卷哪些位置的数据需要向目标卷拷贝。由于分裂位图的扩展位于卷扩容之后，因此不会出现源卷还未进行扩容却需要拷贝扩容后位置数据的现象。另外后台拷贝不会改变源卷的数据，也就不涉及差异位图的更新，因此分裂位图的扩容可以放到差异位图扩容之前。

根据本发明的增量快照扩容方法的一些实施方式，判断目标卷所在的第一存储池剩余的容量空间是否满足预设容量的扩容还包括：

判断源卷的第二存储池和目标卷的第一存储池是否为同一个存储池；

响应于源卷的第二存储池和目标卷的第一存储池为同一个存储池，根据存储池的剩余的容量空间是否大于或等于预设容量的2倍来判断是否满足预设容量的扩容；

响应于源卷的第二存储池和目标卷的第一存储池不是同一个存储池，根据存储池的剩余的容量空间是否大于或等于预设容量来判断是否满足预设容量的扩容。

在本发明的一些实施例中，假设源卷原始容量为c，需扩展的容量为x，如果源卷和目标卷在同一个存储池中，即源卷和目标卷都在第一存储池中，则该第一存储池剩余容量应当大于或等于2x。如果源卷和目标卷在不同的存储池中，则该第一存储池的剩余容量应大于x。

根据本发明的增量快照扩容方法的一些实施方式，方法还包括：

响应于第一存储池剩余的容量空间不满足扩容所需的容量，结束扩容的进程，反馈扩容失败信息并恢复源卷与主机的输入输出。

在本发明的一些实施例中，目标卷向所在的第一存储池查询该第一存储池中剩余容量是否足够，如果不满足要求，即剩余容量不足够，则返回源卷扩容失败信息，并恢复源卷主机IO。

根据本发明的增量快照扩容方法的一些实施方式，方法还包括：

响应于第二存储池剩余的容量空间不满足扩容所需的容量，根据预设容量对已扩容的目标卷进行缩容操作，反馈扩容失败信息，并恢复源卷与主机的输入输出。

在本发明的一些实施例中，源卷向所在的第二存储池查询该第二存储池中剩余容量是否足够。如果第二存储池容量不满足要求，则对已扩容的目标卷进行缩容操作，缩减成原始大小，然后返回源卷扩容失败信息，并恢复源卷主机IO。

根据本发明的增量快照扩容方法的一些实施方式，方法还包括：

响应于位图空间的剩余空间不满足所需位图空间大小，根据预设容量对已扩容的源卷和目标卷进行缩容操作，反馈扩容失败信息，并恢复源卷与主机的输入输出。

在本发明的一些实施例中，根据容量x计算所需位图的大小。如果位图空间容量不满足要求，则需对已扩容的源卷和目标卷执行缩容操作，恢复原始容量，然后返回源卷扩容失败信息，并恢复源卷主机IO。

本发明实施例的另一方面，提出了一种增量快照扩容装置的实施例。图2示出的是根据本发明的增量快照扩容装置的实施例的示意性框图，如图2所示的实施例中，该装置101包括：

目标卷扩容空间判断模块11，目标卷扩容空间判断模块配置为关闭主机与源卷之间的输入输出，并判断目标卷所在的第一存储池剩余的容量空间是否满足预设容量的扩容；

目标卷扩容空间申请模块12，目标卷扩容空间申请模块配置为响应于第一存储池剩余的容量空间满足扩容所需的容量，通过目标卷向第一存储池申请预设容量的虚拟扩容空间；

源卷扩容空间判断模块13，源卷扩容空间判断模块配置为判断源卷所在的第二存储池剩余的容量空间是否满足预设容量的扩容；

源卷扩容空间申请模块14，源卷扩容空间申请模块配置为响应于第二存储池剩余的容量空间满足扩容所需的容量，通过源卷向第二存储池申请预设容量的实际扩容空间；

位图扩容空间判断模块15，位图扩容空间判断模块配置为根据预设容量计算所需位图空间大小，并判断位图空间的剩余空间是否能满足所需位图空间大小；

位图扩容空间申请模块16，位图扩容空间申请模块配置为响应于位图空间的剩余空间满足所需位图空间大小，配置位图信息并根据位图信息更新快照进度，并反馈扩容成功信息以及恢复主机的输入输出。

根据本发明的增量快照扩容装置的一些实施方式，位图扩容空间判断模块15还配置为：

根据预设容量计算所需的分裂位图和差异位图的大小，判断位图空间是否满足分裂位图和差异位图的大小。

根据本发明的增量快照扩容装置的一些实施方式，目标卷扩容空间判断模块11还配置为：

判断源卷的第二存储池和目标卷的第一存储池是否为同一个存储池；

响应于源卷的第二存储池和目标卷的第一存储池为同一个存储池，根据存储池的剩余的容量空间是否大于或等于预设容量的2倍来判断是否满足预设容量的扩容；

响应于源卷的第二存储池和目标卷的第一存储池不是同一个存储池，根据存储池的剩余的容量空间是否大于或等于预设容量来判断是否满足预设容量的扩容。

同样地，本领域技术人员应当理解，以上针对根据本发明的增量快照扩容方法阐述的所有实施方式、特征和优势同样地适用于根据本发明的装置。为了本公开的简洁起见，在此不再重复阐述。

需要特别指出的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关硬件来完成，增量快照扩容方法的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，程序的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(ROM)或随机存储记忆体(RAM)等。上述计算机程序的实施例，可以达到与之对应的前述任意方法实施例相同或者相类似的效果。

本领域技术人员还将明白的是，结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，已经就各种示意性组件、方块、模块、电路和步骤的功能对其进行了一般性的描述。这种功能是被实现为软件还是被实现为硬件取决于具体应用以及施加给整个系统的设计约束。本领域技术人员可以针对每种具体应用以各种方式来实现的功能，但是这种实现决定不应被解释为导致脱离本发明实施例公开的范围。

应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。

上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。