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SCSI冗余路徑軟件的研究與實(shí)現(xiàn)
關(guān)鍵字:SCSI,設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序,冗余路徑,負(fù)載均衡1.引言隨著計(jì)算機(jī)對(duì)信息的處理能力的日益提高,對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)在存儲(chǔ)容量,存取速度,可用性等方面的要求越來(lái)越高。目前,在存儲(chǔ)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(pán)發(fā)生錯(cuò)誤后,存儲(chǔ)系統(tǒng)仍然能夠工作,并且能夠以新的磁盤(pán)來(lái)替換故障磁盤(pán)。通常,每臺(tái)主機(jī)只使用一塊SCSI卡或光纖卡與RAID系統(tǒng)相連,一旦存儲(chǔ)路徑發(fā)生故障(如SCSI卡或光纖卡故障,光纖Hub故障,連線(xiàn)故障等),主機(jī)就不能繼續(xù)訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)系統(tǒng),主機(jī)上運(yùn)行的應(yīng)用就會(huì)被中斷。為提高存儲(chǔ)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(jī)系統(tǒng)和存儲(chǔ)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(chǔ)架構(gòu)中增加一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(jī)系統(tǒng)失效,存儲(chǔ)系統(tǒng)一般被連接于多臺(tái)主機(jī)上,當(dāng)某臺(tái)主機(jī)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(jī)上。為進(jìn)一步消除單點(diǎn)故障(SinglePointofFailure),在存儲(chǔ)系統(tǒng)中使用兩個(gè)RAID控制器,每個(gè)RAID控制器連接到一個(gè)光纖Hub(或Switch),再連接到主機(jī)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(jī)的SCSI卡上。兩種連接方式都建立了從主機(jī)系統(tǒng)的冗余路徑,并允許多臺(tái)主機(jī)同時(shí)連接到存儲(chǔ)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(shí),由路徑管理軟件切換到另一條路徑上。服務(wù)器失效時(shí),由HA或Cluster軟件切換其上運(yùn)行的應(yīng)用。圖1存儲(chǔ)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(jiǎn)稱(chēng)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(guò)消除存儲(chǔ)I/O路徑上所有部件(如主機(jī)的HBA即主機(jī)總線(xiàn)適配器,控制器,HUB,電纜等)的單點(diǎn)故障,提高系統(tǒng)的可用性。主機(jī)通過(guò)多條I/O路徑訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)系統(tǒng),一旦一條I/O路徑出現(xiàn)故障,SPM會(huì)立即檢測(cè)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(guò)程僅需要幾秒,對(duì)應(yīng)用程序是透明的,應(yīng)用程序不會(huì)受到路徑故障的影響而終止運(yùn)行。SPM對(duì)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(huì)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(jī)與存儲(chǔ)系統(tǒng)之間存在多條I/O路徑時(shí),為了避免某一存儲(chǔ)路徑成為系統(tǒng)的性能瓶頸,SPM將主機(jī)上的對(duì)該存儲(chǔ)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(guò)同時(shí)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(tái)主機(jī)共享存儲(chǔ)系統(tǒng)的配置中,可以加快I/O訪(fǎng)問(wèn)的操作,減小數(shù)據(jù)路徑的瓶頸,從而增加整個(gè)系統(tǒng)的可用帶寬。3.3邏輯單元屏蔽在多臺(tái)主機(jī)同時(shí)連接到一臺(tái)存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí),SPM的邏輯單元屏蔽(LUNMasking)功能可以使得每臺(tái)主機(jī)在存儲(chǔ)系統(tǒng)上擁有其專(zhuān)屬的部分,其他主機(jī)不能存儲(chǔ)屬于該主機(jī)的存儲(chǔ)區(qū)域。因此,這些主機(jī)可以運(yùn)行不同的操作系統(tǒng),在其存儲(chǔ)區(qū)域上使用不同的文件系統(tǒng),而不受其他主機(jī)的影響。圖3表示多臺(tái)主機(jī)共享連接存儲(chǔ)系統(tǒng)的一個(gè)配置。圖中NT主機(jī)使用的區(qū)域?yàn)長(zhǎng)G0;Solaris主機(jī)使用LG1;Linux主機(jī)使用LG2。從操作系統(tǒng)角度,每臺(tái)主機(jī)都可以看到所有的邏輯盤(pán)或邏輯卷。在物理連接上,每一個(gè)主機(jī)都可以訪(fǎng)問(wèn)到LG0,LG1和LG2。通過(guò)SPM軟件的邏輯單元屏蔽功能,NT主機(jī)只能訪(fǎng)問(wèn)LG0,而不能訪(fǎng)問(wèn)到LG1和LG2;同樣,Solaris主機(jī)只能訪(fǎng)問(wèn)LG1,而不能訪(fǎng)問(wèn)到LG0和LG2;Linux主機(jī)只能訪(fǎng)問(wèn)LG2,而不能訪(fǎng)問(wèn)到LG0和LG1。這種功能允許IT管理員將某個(gè)邏輯單元唯一地分配給某一臺(tái)主機(jī)使用,而禁止其他主機(jī)訪(fǎng)問(wèn)這個(gè)邏輯單元,從而避免多個(gè)主機(jī)同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)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(shí)現(xiàn)為使SPM的各項(xiàng)功能對(duì)應(yīng)用程序透明,SPM需以設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的形式實(shí)現(xiàn)。所有對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的I/O操作須經(jīng)由SPM驅(qū)動(dòng)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(duì)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(dòng)程序?qū)CSI命令和數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。因此SPM對(duì)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(yùn)行層次在WindowsNT操作系統(tǒng)下,SPM設(shè)計(jì)為一個(gè)過(guò)濾器驅(qū)動(dòng)程序,它是一種特殊類(lèi)型的中間驅(qū)動(dòng)程序。在系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)中,它位于文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序和磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序之間,來(lái)自于文件系統(tǒng)的I/O請(qǐng)求通過(guò)它再到下一層。SPM管理數(shù)據(jù)路徑,通過(guò)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(dòng)程序設(shè)置為filter類(lèi)型的驅(qū)動(dòng)程序,并以boot方式啟動(dòng)。[1]5.結(jié)論SCSI冗余路徑模塊實(shí)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)在存儲(chǔ)方面的存取帶寬,避免了存儲(chǔ)體系中存在的單點(diǎn)故障,在多主機(jī)共享存儲(chǔ)系統(tǒng)的環(huán)境中為存儲(chǔ)空間提供了保護(hù)手段。由于SPM工作運(yùn)行于主機(jī)中,若希望其運(yùn)行于WindowsNT之外的其他操作系統(tǒng),需進(jìn)行移植。另外,SPM實(shí)現(xiàn)邏輯單元屏蔽功能由各主機(jī)獨(dú)立進(jìn)行,不能保證各主機(jī)設(shè)置exclude屬性的一致性,理想的解決方案是
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