SCSI冗余路徑軟件的研究與實現(xiàn)

SCSI冗余路徑軟件的研究與實現(xiàn)

關(guān)鍵字：SCSI，設(shè)備驅(qū)動程序，冗余路徑，負(fù)載均衡1.引言隨著計算機對信息的處理能力的日益提高，對存儲系統(tǒng)在存儲容量，存取速度，可用性等方面的要求越來越高。目前，在存儲系統(tǒng)中廣泛使用了RAID（RedundantArrayofInexpensiveDisk）技術(shù)，以提高數(shù)據(jù)的可靠性。即使在磁盤發(fā)生錯誤后，存儲系統(tǒng)仍然能夠工作，并且能夠以新的磁盤來替換故障磁盤。通常，每臺主機只使用一塊SCSI卡或光纖卡與RAID系統(tǒng)相連，一旦存儲路徑發(fā)生故障（如SCSI卡或光纖卡故障，光纖Hub故障，連線故障等），主機就不能繼續(xù)訪問存儲系統(tǒng)，主機上運行的應(yīng)用就會被中斷。為提高存儲系統(tǒng)的的可用性，在RAID系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用冗余配置，在主機系統(tǒng)和存儲系統(tǒng)中建立兩條并行的連接。在軟件方面，必須在操作系統(tǒng)的存儲架構(gòu)中增加一個設(shè)備驅(qū)動程序，完成負(fù)載均衡，故障切換，邏輯單元屏蔽的功能。2.建立冗余路徑為防止主機系統(tǒng)失效，存儲系統(tǒng)一般被連接于多臺主機上，當(dāng)某臺主機失效后，其應(yīng)用可由高可用(HA)軟件或集群(Cluster)軟件轉(zhuǎn)移到其他主機上。為進(jìn)一步消除單點故障(SinglePointofFailure)，在存儲系統(tǒng)中使用兩個RAID控制器，每個RAID控制器連接到一個光纖Hub（或Switch），再連接到主機的光纖卡上。如圖1所示。若使用SCSI連接，RAID控制器需直接連接到主機的SCSI卡上。兩種連接方式都建立了從主機系統(tǒng)的冗余路徑，并允許多臺主機同時連接到存儲系統(tǒng)上。光纖卡，光纖Hub，光纖連接電纜（或SCSI卡，SCSI連接電纜）等失效時，由路徑管理軟件切換到另一條路徑上。服務(wù)器失效時，由HA或Cluster軟件切換其上運行的應(yīng)用。圖1存儲系統(tǒng)光纖冗余連接3.SCSI冗余路徑模塊的功能在軟件方面，還需要SCSI冗余路徑模塊(SCSIPathManagement，簡稱SPM)。其主要功能為：故障路徑切換(PathFailover)，負(fù)載均衡(LoadBalance)，邏輯單元屏蔽(LUNMasking)。3.1故障路徑切換SPM通過消除存儲I/O路徑上所有部件（如主機的HBA即主機總線適配器，控制器，HUB，電纜等）的單點故障，提高系統(tǒng)的可用性。主機通過多條I/O路徑訪問存儲系統(tǒng)，一旦一條I/O路徑出現(xiàn)故障，SPM會立即檢測到相應(yīng)故障，并將之后的I/O操作重新路由至其它正常路徑上。重新路由I/O的過程僅需要幾秒，對應(yīng)用程序是透明的，應(yīng)用程序不會受到路徑故障的影響而終止運行。SPM對發(fā)生故障的路徑持續(xù)監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)其恢復(fù)正常，SPM會恢復(fù)該路徑的I/O任務(wù)。3.2負(fù)載平衡并增加帶寬在主機與存儲系統(tǒng)之間存在多條I/O路徑時，為了避免某一存儲路徑成為系統(tǒng)的性能瓶頸，SPM將主機上的對該存儲系統(tǒng)的所有I/O操作均衡地分配至這些路徑上去，提供負(fù)載平衡能力。通過同時利用多條并行數(shù)據(jù)路徑，SPM能夠有效地提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸帶寬。在多臺主機共享存儲系統(tǒng)的配置中，可以加快I/O訪問的操作，減小數(shù)據(jù)路徑的瓶頸，從而增加整個系統(tǒng)的可用帶寬。3.3邏輯單元屏蔽在多臺主機同時連接到一臺存儲系統(tǒng)時，SPM的邏輯單元屏蔽(LUNMasking)功能可以使得每臺主機在存儲系統(tǒng)上擁有其專屬的部分，其他主機不能存儲屬于該主機的存儲區(qū)域。因此，這些主機可以運行不同的操作系統(tǒng)，在其存儲區(qū)域上使用不同的文件系統(tǒng)，而不受其他主機的影響。圖3表示多臺主機共享連接存儲系統(tǒng)的一個配置。圖中NT主機使用的區(qū)域為LG0；Solaris主機使用LG1；Linux主機使用LG2。從操作系統(tǒng)角度，每臺主機都可以看到所有的邏輯盤或邏輯卷。在物理連接上，每一個主機都可以訪問到LG0，LG1和LG2。通過SPM軟件的邏輯單元屏蔽功能，NT主機只能訪問LG0，而不能訪問到LG1和LG2；同樣，Solaris主機只能訪問LG1，而不能訪問到LG0和LG2；Linux主機只能訪問LG2，而不能訪問到LG0和LG1。這種功能允許IT管理員將某個邏輯單元唯一地分配給某一臺主機使用，而禁止其他主機訪問這個邏輯單元，從而避免多個主機同時訪問一個邏輯單元而造成數(shù)據(jù)沖突和丟失。4.SPM在WindowsNT環(huán)境下的實現(xiàn)為使SPM的各項功能對應(yīng)用程序透明，SPM需以設(shè)備驅(qū)動程序的形式實現(xiàn)。所有對存儲系統(tǒng)的I/O操作須經(jīng)由SPM驅(qū)動程序。光纖連接與SCSI連接的區(qū)別只存在于硬件方面，在操作系統(tǒng)層次上，對二者的處理是相同的，在上層使用SCSI命令接口，由光纖卡的驅(qū)動程序?qū)CSI命令和數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。因此SPM對SCSI連接和光纖連接的處理是一致的，內(nèi)部使用SCSI協(xié)議接口。4.1運行層次在WindowsNT操作系統(tǒng)下，SPM設(shè)計為一個過濾器驅(qū)動程序，它是一種特殊類型的中間驅(qū)動程序。在系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)中，它位于文件系統(tǒng)驅(qū)動程序和磁盤驅(qū)動程序之間，來自于文件系統(tǒng)的I/O請求通過它再到下一層。SPM管理數(shù)據(jù)路徑，通過控制和分配數(shù)據(jù)流量達(dá)到I/O負(fù)載均衡。將SPM驅(qū)動程序設(shè)置為filter類型的驅(qū)動程序，并以boot方式啟動。[1]5.結(jié)論SCSI冗余路徑模塊實現(xiàn)了負(fù)載均衡，故障路徑切換，邏輯單元屏蔽的功能，提高計算機系統(tǒng)在存儲方面的存取帶寬，避免了存儲體系中存在的單點故障，在多主機共享存儲系統(tǒng)的環(huán)境中為存儲空間提供了保護(hù)手段。由于SPM工作運行于主機中，若希望其運行于WindowsNT之外的其他操作系統(tǒng)，需進(jìn)行移植。另外，SPM實現(xiàn)邏輯單元屏蔽功能由各主機獨立進(jìn)行，不能保證各主機設(shè)置exclude屬性的一致性，理想的解決方案是