專利名稱：一種磁盤陣列系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大容量存儲(chǔ)領(lǐng)域，特別涉及一種磁盤陣列系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，用戶對(duì)于存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量要求越來越大，對(duì)其可靠性、可用性要求越來越高，速度要求也越來越快。針對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)所面臨的挑戰(zhàn)，人們想到用多個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器組成獨(dú)立磁盤冗余陣列RAID(RedundantArray of Independent Disk)磁盤陣列以獲取高數(shù)傳率和大存儲(chǔ)容量，由于磁盤陣列容量、帶寬和維護(hù)方面的限制，在磁盤的選擇上面，都是選用小計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口SCSI(Small Computer System interface)接口磁盤或光纖通道(FC)磁盤來構(gòu)建磁盤陣列系統(tǒng)。由于SCSI磁盤和FC磁盤本身的高成本，造成磁盤陣列系統(tǒng)成為高端設(shè)備，限制磁盤陣列的應(yīng)用范圍。
目前，業(yè)界主要采用以下兩種技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)大容量存儲(chǔ)方案一直接連接存儲(chǔ)DAS(Direct Attached Storage)磁盤陣列系統(tǒng)DAS是一種計(jì)算機(jī)主機(jī)直接連接存儲(chǔ)方式，用于對(duì)磁盤容量要求不大的應(yīng)用場(chǎng)合，是目前存儲(chǔ)領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)。
如圖1所示，DAS技術(shù)采用SCS接口磁盤組成的RAID陣列，上行接口采用SCSI接口標(biāo)準(zhǔn)，由于接口協(xié)議的限制，磁盤陣列的規(guī)模限制在14個(gè)磁盤以內(nèi)。RAID實(shí)現(xiàn)一般在主機(jī)適配卡上通過硬件實(shí)現(xiàn)。
采用DAS作為計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)只能為一臺(tái)計(jì)算機(jī)主機(jī)獨(dú)享，不能為多臺(tái)主機(jī)所共享，在計(jì)算機(jī)主機(jī)數(shù)量較多的應(yīng)用場(chǎng)合，帶來管理和硬盤資源的浪費(fèi)。
由于SCSI協(xié)議的限制，每個(gè)磁盤陣列最多只能配置14個(gè)磁盤，總?cè)萘渴盏较拗啤?br> 由于磁盤陣列內(nèi)部采用SCSI總線方式，所有磁盤共享帶寬，主機(jī)對(duì)磁盤陣列的訪問性能低。
SCSI接口磁盤的價(jià)格高，造成磁盤陣列總成本高。
方案二存儲(chǔ)局域網(wǎng)SAN(Storage Area Network)磁盤陣列系統(tǒng)SAN是一種采用光纖通道協(xié)議組建的存儲(chǔ)局域網(wǎng)，用于對(duì)存儲(chǔ)容量要求較大，且計(jì)算機(jī)組合計(jì)數(shù)量較多的IT應(yīng)用場(chǎng)合，是目前在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)領(lǐng)域應(yīng)用增長(zhǎng)最快的技術(shù)。
SAN磁盤陣列技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)是外部接口采用FC光纖通道接口組網(wǎng)，通過配置高速數(shù)據(jù)緩存Cache來提高計(jì)算機(jī)主機(jī)對(duì)磁盤陣列的訪問性能，RAID在磁盤陣列存儲(chǔ)處理器中實(shí)現(xiàn)。早期的SAN磁盤陣列采用SCSI接口磁盤做陣列，現(xiàn)已過渡到采用FC接口的磁盤組成的磁盤陣列。FC接口磁盤通過光纖通道仲裁環(huán)路FC-AL組成環(huán)形連接，每個(gè)磁盤作為FC-AL環(huán)路中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，環(huán)路中所有硬盤共享FC-AL的帶寬。
由于磁盤陣列內(nèi)部所有磁盤共享FC-AL環(huán)路帶寬，主機(jī)對(duì)磁盤陣列的訪問性能低。
FC接口磁盤的價(jià)格昂貴，造成磁盤陣列總成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種低成本的磁盤陣列系統(tǒng)。
本發(fā)明提供的磁盤陣列系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括主機(jī)接口適配器、磁盤接口適配器、高速緩存器、SATA磁盤陣列、FC/SATA協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊；所述主機(jī)接口適配器同磁盤接口適配器相連，用于處理主機(jī)訪問請(qǐng)求；所述磁盤接口適配器通過FC/SATA協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊同SATA磁盤陣列相連，用于進(jìn)行磁盤的IO操作；所述FC/SATA協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊用于實(shí)現(xiàn)FC接口到SATA接口的轉(zhuǎn)換；高速緩存器連接于磁盤接口適配器上用于對(duì)磁盤讀寫數(shù)據(jù)緩存。
所述主機(jī)接口適配器通過FC通道同主機(jī)相連，通過內(nèi)部連接通道同磁盤接口適配器相連，主機(jī)訪問SCSI請(qǐng)求通過FC通道到達(dá)主機(jī)接口適配器，主機(jī)接口適配器解析主機(jī)發(fā)來的SCSI命令，并通過內(nèi)部連接通道將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到磁盤接口適配器。
所述內(nèi)部連接通道可以通過交換、全互聯(lián)或總線實(shí)現(xiàn)。
所述FC/SATA協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊上行與磁盤接口適配器之間通過FC接口直聯(lián)，下行通過SATA接口與SATA磁盤點(diǎn)到點(diǎn)直聯(lián)。
所述磁盤接口適配器有多個(gè)，每個(gè)磁盤接口上均連接有高速緩存器，磁盤接口適配器通過內(nèi)部總線對(duì)高速緩存器訪問。
所述SATA磁盤陣列由多個(gè)SATA接口的磁盤組成，每個(gè)磁盤出一個(gè)SATA接口與FC/SATA協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊連接。
所述磁盤陣列系統(tǒng)通過存儲(chǔ)交換機(jī)與多臺(tái)主機(jī)之間的連接。
所述主機(jī)接口適配器為多個(gè)。
所述磁盤陣列系統(tǒng)還包括有同F(xiàn)C磁盤陣列相連的磁盤接口適配器，所述SATA磁盤用于FC磁盤數(shù)據(jù)的鏡像和備份。
所述FC磁盤陣列由多個(gè)FC接口的磁盤組成，陣列中的每個(gè)FC磁盤都接在同一個(gè)FC環(huán)路中，環(huán)路中所有磁盤共享FC環(huán)路的帶寬。
本發(fā)明的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)了低成本的磁盤陣列存儲(chǔ)系統(tǒng)采用FC磁盤和SATA磁盤混合系統(tǒng)，用于對(duì)可靠性要求非常高的應(yīng)用場(chǎng)合，SATA磁盤用來作為FC磁盤數(shù)據(jù)的鏡像和備份。這樣，由于SATA磁盤的低成本，使系統(tǒng)的成本大幅度的降低。
對(duì)于不要求進(jìn)行磁盤陣列內(nèi)部數(shù)據(jù)鏡像和備份應(yīng)用場(chǎng)合，可以采用純的SATA磁盤陣列構(gòu)建RAID系統(tǒng)，利用SATA磁盤的低成本實(shí)現(xiàn)低成本的磁盤陣列存儲(chǔ)系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)方案提高了系統(tǒng)內(nèi)部磁盤的訪問帶寬由于采用SATA接口，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)直聯(lián)方式，每個(gè)磁盤單獨(dú)占有SATA接口的全部帶寬，因此每個(gè)磁盤的平均訪問帶寬大于采用FC環(huán)路和SCSI總線方式的磁盤訪問帶寬。
分布式高速緩存接在各個(gè)磁盤接口適配器上，磁盤接口適配器對(duì)高速緩存的訪問通過其內(nèi)部總線，不占用系統(tǒng)帶寬。
本發(fā)明的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)了大容量磁盤陣列主機(jī)接口適配器和磁盤接口適配器沒有一到一的對(duì)應(yīng)關(guān)系，系統(tǒng)可以根據(jù)磁盤陣列的規(guī)模增加磁盤接口適配器的數(shù)量，并擴(kuò)充內(nèi)部連接通道的數(shù)量，就可以實(shí)現(xiàn)任意大規(guī)模的磁盤陣列系統(tǒng)。
適用于多臺(tái)主機(jī)共享存儲(chǔ)局域網(wǎng)和單臺(tái)主機(jī)直聯(lián)存儲(chǔ)設(shè)備的應(yīng)用主機(jī)接口適配器的數(shù)量可以根據(jù)需要連接主機(jī)的數(shù)量和性能要求增加數(shù)量，通過存儲(chǔ)交換機(jī)與多臺(tái)主機(jī)之間的連接，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)主機(jī)共享磁盤陣列系統(tǒng)。
僅配置一對(duì)主機(jī)接口，即可以通過直聯(lián)的方式與一臺(tái)主機(jī)連接，成為單臺(tái)主機(jī)直聯(lián)存儲(chǔ)系統(tǒng)。


圖1為DAS磁盤陣列系統(tǒng)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例一的磁盤陣列系統(tǒng)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例二的磁盤陣列系統(tǒng)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例三的磁盤陣列系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的核心思想是利用SATA接口磁盤組建低成本RAID磁盤陣列系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有的SATA磁盤陣列一般用在低成本的服務(wù)器應(yīng)用中，通過多通道SATA控制卡連接少量的SATA磁盤構(gòu)成SATA磁盤陣列。SATA控制卡與服務(wù)器主機(jī)之間通過PCI總線連接，多通道的SATA控制卡有4個(gè)SATA通道，可以連接4個(gè)磁盤，控制卡上有一個(gè)處理器實(shí)現(xiàn)RAID功能。由于SATA控制卡的通道數(shù)的限制，因此磁盤的數(shù)量有限，只能在磁盤數(shù)量要求不多服務(wù)器內(nèi)部應(yīng)用。同時(shí)由于控制卡與服務(wù)器主機(jī)之間采用的是PCI總線接口，因此該控制卡所連接的磁盤陣列不能實(shí)現(xiàn)多服務(wù)器共享；另外，由于控制卡沒有冗余保護(hù)，該陣列僅用在可靠性要求不高的場(chǎng)合。而通過本發(fā)明的磁盤陣列體系結(jié)構(gòu)可利用現(xiàn)有的SATA磁盤陣列組建低成本RAID磁盤陣列系統(tǒng)，且提高了系統(tǒng)內(nèi)部磁盤的訪問帶寬，實(shí)現(xiàn)大容量。
如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例一的磁盤陣列系統(tǒng)包括主機(jī)接口適配器、磁盤接口適配器、高速緩存器、FC/SATA協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、SATA磁盤陣列。
其中，主機(jī)接口適配器通過FC通道同主機(jī)連接，通過內(nèi)部連接通道同磁盤接口適配器相連。主機(jī)接口適配器實(shí)現(xiàn)主機(jī)訪問請(qǐng)求的處理主機(jī)訪問SCSI請(qǐng)求通過FC通道到達(dá)主機(jī)接口適配器。主機(jī)接口適配器解析主機(jī)發(fā)來的SCSI命令，并通過內(nèi)部連接通道將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的磁盤接口適配器。所述內(nèi)部連接通道是實(shí)現(xiàn)主機(jī)接口適配器與磁盤接口適配器之間的連接通道，該通道可以通過交換、全互聯(lián)、總線等多種現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
磁盤接口適配器實(shí)現(xiàn)磁盤的IO操作，磁盤接口適配器的數(shù)量可以根據(jù)磁盤數(shù)量的多少任意配置，每個(gè)磁盤接口上掛一個(gè)大容量的高速緩存器，用于主機(jī)高速訪問性能要求和磁盤低速的機(jī)械操作之間的緩沖，以實(shí)現(xiàn)高速磁盤訪問。磁盤的RAID在磁盤接口適配器上構(gòu)建。
磁盤接口適配器與與主機(jī)接口適配器之間沒有——對(duì)應(yīng)的關(guān)系，根據(jù)磁盤陣列的規(guī)模和主機(jī)磁盤訪問性能要求，可以增加磁盤接口單元的數(shù)量，以實(shí)現(xiàn)磁盤陣列的擴(kuò)容。
高速緩存器用于對(duì)磁盤讀寫數(shù)據(jù)的緩存，用于解決數(shù)據(jù)的高速訪問要求與磁盤通過機(jī)械運(yùn)動(dòng)讀取數(shù)據(jù)的低速度之間的矛盾。
高速緩存器采用分布式結(jié)構(gòu)，置于每個(gè)磁盤接口單元的內(nèi)部，磁盤接口適配器對(duì)高速緩存器的訪問通過其內(nèi)部總線，不占用系統(tǒng)帶寬。
FC/SATA協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)FC接口到SATA接口的轉(zhuǎn)換，其上行與磁盤接口適配器之間通過FC接口直聯(lián)，接口的數(shù)量根據(jù)性能要求可以配置多個(gè)，下行通過SATA接口與SATA磁盤點(diǎn)到點(diǎn)直聯(lián)。由于SATA通過點(diǎn)到點(diǎn)直聯(lián)的方式連接，帶寬性能優(yōu)于FC環(huán)路和SCSI總線。
SATA磁盤陣列由多個(gè)SATA接口的磁盤組成，每個(gè)磁盤出一個(gè)SATA接口與FC/SATA協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊連接。
上述的磁盤陣列系統(tǒng)的體系架構(gòu)，由于采用SATA接口，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)直聯(lián)方式，每個(gè)磁盤單獨(dú)占有SATA接口的全部帶寬，因此每個(gè)磁盤的平均訪問帶寬大于采用FC環(huán)路和SCSI總線方式的磁盤訪問帶寬，且分布式高速緩存器連接在各個(gè)磁盤接口適配器上，磁盤接口適配器對(duì)高速緩存的訪問通過其內(nèi)部總線，不占用系統(tǒng)帶寬，進(jìn)而提高系統(tǒng)內(nèi)部磁盤的訪問帶寬。上述系統(tǒng)通過采用純的SATA磁盤陣列構(gòu)建RAID系統(tǒng)，利用SATA磁盤的低成本實(shí)現(xiàn)低成本的磁盤陣列存儲(chǔ)系統(tǒng)。
本發(fā)明的磁盤陣列也可以適用于多臺(tái)主機(jī)共享存儲(chǔ)局域網(wǎng)和單臺(tái)主機(jī)直聯(lián)存儲(chǔ)設(shè)備的應(yīng)用?？梢愿鶕?jù)需要連接的主機(jī)的數(shù)量和性能要求，為磁盤陣列系統(tǒng)的配置多個(gè)主機(jī)接口適配器。本發(fā)明實(shí)施例二的系統(tǒng)配置一對(duì)主機(jī)接口，通過直聯(lián)的方式與一臺(tái)主機(jī)連接，成為單臺(tái)主機(jī)直聯(lián)存儲(chǔ)系統(tǒng)，如圖3所示，磁盤陣列系統(tǒng)共有兩個(gè)主機(jī)接口適配器。主機(jī)通過FC通道同這兩個(gè)主機(jī)接口適配器相連，以傳送主機(jī)訪問SCSI的請(qǐng)求。這兩個(gè)主機(jī)接口適配器均通過內(nèi)部連接通道同磁盤接口適配器相連，將主機(jī)發(fā)送的SCSI請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到磁盤接口適配器上。也可以通過存儲(chǔ)交換機(jī)與多臺(tái)主機(jī)之間的連接，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)主機(jī)共享磁盤陣列系統(tǒng)，以支持多臺(tái)主機(jī)共享存儲(chǔ)局域網(wǎng)。
在要求磁盤陣列內(nèi)部數(shù)據(jù)鏡像和備份應(yīng)用的場(chǎng)合，本發(fā)明的磁盤陣列系統(tǒng)的體系架構(gòu)如圖4所示。即磁盤陣列系統(tǒng)包括兩個(gè)磁盤接口適配器，每個(gè)磁盤接口適配器掛有一個(gè)高速緩存器。其中一個(gè)磁盤接口適配器同F(xiàn)C磁盤陣列相連，另一個(gè)通過FC/SATA協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊同SATA磁盤陣列相連。所述的FC磁盤陣列由多個(gè)FC接口的磁盤組成，陣列中的每個(gè)FC磁盤都接在同一個(gè)FC環(huán)路中，環(huán)路中所有磁盤共享FC環(huán)路的帶寬。采用該種FC磁盤和SATA磁盤混合的系統(tǒng)，用于對(duì)可靠性要求非常高的應(yīng)用場(chǎng)合，SATA磁盤用來作為FC磁盤數(shù)據(jù)的鏡像和備份。這樣，由于SATA磁盤的低成本，使系統(tǒng)的成本大幅度的降低。
權(quán)利要求
1.一種磁盤陣列系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括主機(jī)接口適配器、磁盤接口適配器、高速緩存器、SATA磁盤陣列、FC/SATA協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊；所述主機(jī)接口適配器同磁盤接口適配器相連，用于處理主機(jī)訪問請(qǐng)求；所述磁盤接口適配器通過FC/SATA協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊同SATA磁盤陣列相連，用于進(jìn)行磁盤的IO操作；所述FC/SATA協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊用于實(shí)現(xiàn)FC接口到SATA接口的轉(zhuǎn)換；高速緩存器連接于磁盤接口適配器上用于對(duì)磁盤讀寫數(shù)據(jù)緩存。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于主機(jī)接口適配器通過FC通道同主機(jī)相連，通過內(nèi)部連接通道同磁盤接口適配器相連，主機(jī)訪問SCSI請(qǐng)求通過FC通道到達(dá)主機(jī)接口適配器，主機(jī)接口適配器解析主機(jī)發(fā)來的SCSI命令，并通過內(nèi)部連接通道將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到磁盤接口適配器。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述內(nèi)部連接通道可以通過交換、全互聯(lián)或總線實(shí)現(xiàn)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述FC/SATA協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊上行與磁盤接口適配器之間通過FC接口直聯(lián)，下行通過SATA接口與SATA磁盤點(diǎn)到點(diǎn)直聯(lián)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述磁盤接口適配器有多個(gè)，每個(gè)磁盤接口上均連接有高速緩存器，磁盤接口適配器通過內(nèi)部總線對(duì)高速緩存器訪問。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述SATA磁盤陣列由多個(gè)SATA接口的磁盤組成，每個(gè)磁盤出一個(gè)SATA接口與FC/SATA協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊連接。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述磁盤陣列系統(tǒng)通過存儲(chǔ)交換機(jī)與多臺(tái)主機(jī)之間的連接。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述主機(jī)接口適配器為多個(gè)。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述磁盤陣列系統(tǒng)還包括有同F(xiàn)C磁盤陣列相連的磁盤接口適配器，所述SATA磁盤用于FC磁盤數(shù)據(jù)的鏡像和備份。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述FC磁盤陣列由多個(gè)FC接口的磁盤組成，陣列中的每個(gè)FC磁盤都接在同一個(gè)FC環(huán)路中，環(huán)路中所有磁盤共享FC環(huán)路的帶寬。
全文摘要
本發(fā)明提供一種磁盤陣列系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括主機(jī)接口適配器、磁盤接口適配器、高速緩存器、SATA磁盤陣列、FC/SATA協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊；所述主機(jī)接口適配器同磁盤接口適配器相連，用于處理主機(jī)訪問請(qǐng)求；所述磁盤接口適配器通過FC/SATA協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊同SATA磁盤陣列相連，用于進(jìn)行磁盤的IO操作；所述FC/SATA協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊用于實(shí)現(xiàn)FC接口到SATA接口的轉(zhuǎn)換；高速緩存器連接于磁盤接口適配器上用于對(duì)磁盤讀寫數(shù)據(jù)緩存。本發(fā)明利用SATA接口磁盤組建成低成本的RAID磁盤陣列系統(tǒng)，且提高了系統(tǒng)內(nèi)部磁盤的訪問帶寬。
文檔編號(hào)G06F3/06GK1690944SQ20041003702
公開日2005年11月2日 申請(qǐng)日期2004年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月21日
發(fā)明者胡鵬, 鄭珉 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司