CN100351766C - 一种磁盘阵列系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁盘阵列系统，所述系统包括：主机接口适配器、第一磁盘接口适配器、第一高速缓存器、SATA磁盘阵列、FC/SATA协议转换模块；所述主机接口适配器同第一磁盘接口适配器相连，用于处理主机访问请求；所述第一磁盘接口适配器通过FC/SATA协议转换模块同SATA磁盘阵列相连，用于进行磁盘的IO操作；所述FC/SATA协议转换模块用于实现FC接口到SATA接口的转换；第一高速缓存器连接于第一磁盘接口适配器上用于对磁盘读写数据缓存。本发明利用SATA接口磁盘组建成低成本的RAID磁盘阵列系统，且提高了系统内部磁盘的访问带宽。

Description

一种磁盘阵列系统

技术领域

本发明涉及大容量存储领域，特别涉及一种磁盘阵列系统。

背景技术

随着计算机应用领域的不断拓宽，用户对于存储系统的容量要求越来越大，对其可靠性、可用性要求越来越高，速度要求也越来越快。针对存储系统所面临的挑战，人们想到用多个磁盘驱动器组成独立磁盘冗余阵列RAID(RedundantArray of Independent Disk)磁盘阵列以获取高数传率和大存储容量，由于磁盘阵列容量、带宽和维护方面的限制，在磁盘的选择上面，都是选用小计算机系统接口SCSI(Small Computer System interface)接口磁盘或光纤通道(FC)磁盘来构建磁盘阵列系统。由于SCSI磁盘和FC磁盘本身的高成本，造成磁盘阵列系统成为高端设备，限制磁盘阵列的应用范围。

目前，业界主要采用以下两种技术方案实现大容量存储：

方案一：直接连接存储DAS(Direct Attached Storage)磁盘阵列系统

DAS是一种计算机主机直接连接存储方式，用于对磁盘容量要求不大的应用场合，是目前存储领域应用最为广泛的技术。

如图1所示，DAS技术采用SCSI接口磁盘组成的RAID阵列，上行接口采用SCSI接口标准，由于接口协议的限制，磁盘阵列的规模限制在14个磁盘以内。RAID实现一般在主机适配卡上通过硬件实现。

采用DAS作为计算机的存储系统的主要缺点是：

只能为一台计算机主机独享，不能为多台主机所共享，在计算机主机数量较多的应用场合，带来管理和硬盘资源的浪费。

由于SCSI协议的限制，每个磁盘阵列最多只能配置14个磁盘，总容量受到限制。

由于磁盘阵列内部采用SCSI总线方式，所有磁盘共享带宽，主机对磁盘阵列的访问性能低。

SCSI接口磁盘的价格高，造成磁盘阵列总成本高。

方案二：存储局域网SAN(Storage Area Network)磁盘阵列系统

SAN是一种采用光纤通道协议组建的存储局域网，适用于对存储容量要求较大，且计算机组合计数量较多的IT应用场合，是目前在计算机存储领域中应用增长最快的技术。

SAN磁盘阵列技术的技术特点是外部接口采用FC光纤通道接口组网，通过配置高速数据缓存Cache来提高计算机主机对磁盘阵列的访问性能，RAID在磁盘阵列存储处理器中实现。早期的SAN磁盘阵列采用SCSI接口磁盘做阵列，现已过渡到采用FC接口的磁盘组成的磁盘阵列。FC接口磁盘通过光纤通道仲裁环路FC-AL组成环形连接，每个磁盘作为FC-AL环路中的一个节点，环路中所有硬盘共享FC-AL的带宽。

由于磁盘阵列内部所有磁盘共享FC-AL环路带宽，主机对磁盘阵列的访问性能低。

FC接口磁盘的价格昂贵，造成磁盘阵列总成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本的磁盘阵列系统。

本发明提供的磁盘阵列系统，所述系统包括：主机接口适配器、第一磁盘接口适配器、第一高速缓存器、SATA磁盘阵列、FC/SATA协议转换模块；

所述主机接口适配器同第一磁盘接口适配器相连，用于处理主机访问请求；

所述第一磁盘接口适配器通过FC/SATA协议转换模块同SATA磁盘阵列相连，用于进行磁盘的IO操作；

所述FC/SATA协议转换模块上行与第一磁盘接口适配器之间通过FC接口直联，下行通过SATA接口与SATA磁盘点到点直联，用于实现FC接口到SATA接口的转换；第一高速缓存器连接于第一磁盘接口适配器上用于对磁盘读写数据缓存。

所述主机接口适配器通过FC通道同主机相连，通过内部连接通道同第一磁盘接口适配器相连，主机访问SCSI的请求通过FC通道到达主机接口适配器，主机接口适配器解析主机发来的SCSI命令，并通过内部连接通道将请求转发到第一磁盘接口适配器。

所述内部连接通道通过交换、全互联或总线实现。

所述第一磁盘接口适配器有多个，每个第一磁盘接口适配器上均连接有第一高速缓存器，第一磁盘接口适配器通过内部总线对第一高速缓存器访问。

所述SATA磁盘阵列由多个具有SATA接口的磁盘组成，每个磁盘出一个SATA接口与FC/SATA协议转换模块连接。

所述磁盘阵列系统通过存储交换机与多台主机之间进行连接。

所述主机接口适配器为多个。

所述磁盘阵列系统还包括有FC磁盘阵列以及同FC磁盘阵列相连的第二磁盘接口适配器，且该第二磁盘接口适配器还与主机接口适配器相连，该第二磁盘接口适配器上连接有第二高速缓存器，所述SATA磁盘用于FC磁盘数据的镜像和备份。

所述FC磁盘阵列由多个具有FC接口的磁盘组成，阵列中的每个FC磁盘都接在同一个FC环路中，环路中所有磁盘共享FC环路的带宽。

本发明的技术方案实现了低成本的磁盘阵列存储系统：

采用FC磁盘和SATA磁盘混合系统，用于对可靠性要求非常高的应用场合，SATA磁盘用来作为FC磁盘数据的镜像和备份。这样，由于SATA磁盘的低成本，使系统的成本大幅度的降低。

对于不要求进行磁盘阵列内部数据镜像和备份的应用场合，可以采用纯的SATA磁盘阵列构建RAID系统，利用SATA磁盘的低成本实现低成本的磁盘阵列存储系统。

本发明的技术方案提高了系统内部磁盘的访问带宽：

由于采用SATA接口，实现点到点直联方式，每个磁盘单独占有SATA接口的全部带宽，因此每个磁盘的平均访问带宽大于采用FC环路和SCSI总线方式的磁盘访问带宽；分布式高速缓存器接在各个磁盘接口适配器上，磁盘接口适配器对高速缓存器的访问通过其内部总线，不占用系统带宽。

本发明的技术方案实现了大容量磁盘阵列：

主机接口适配器和磁盘接口适配器没有一到一的对应关系，系统可以根据磁盘阵列的规模增加磁盘接口适配器的数量，并扩充内部连接通道的数量，就可以实现任意大规模的磁盘阵列系统。

适用于多台主机共享存储局域网和单台主机直联存储设备的应用：

主机接口适配器的数量可以根据需要连接主机的数量和性能要求增加数量，通过存储交换机与多台主机之间的连接，实现多台主机共享磁盘阵列系统。

仅配置一对主机接口，即可以通过直联的方式与一台主机连接，成为单台主机直联存储系统。

附图说明

图1为DAS磁盘阵列系统示意图；

图2为本发明实施例一的磁盘阵列系统示意图；

图3为本发明实施例二的磁盘阵列系统示意图；

图4为本发明实施例三的磁盘阵列系统示意图。

具体实施方式

本发明的核心思想是：利用SATA接口磁盘组建低成本RAID磁盘阵列系统的体系结构。现有的SATA磁盘阵列一般用在低成本的服务器应用中，通过多通道SATA控制卡连接少量的SATA磁盘构成SATA磁盘阵列。SATA控制卡与服务器主机之间通过PCI总线连接，多通道的SATA控制卡有4个SATA通道，可以连接4个磁盘，控制卡上有一个处理器实现RAID功能。由于SATA控制卡的通道数的限制，因此磁盘的数量有限，只能在磁盘数量要求不多的服务器内部应用。同时由于控制卡与服务器主机之间采用的是PCI总线接口，因此该控制卡所连接的磁盘阵列不能实现多服务器共享；另外，由于控制卡没有冗余保护，该阵列仅用在可靠性要求不高的场合。而通过本发明的磁盘阵列体系结构可利用现有的SATA磁盘阵列组建低成本RAID磁盘阵列系统，且提高了系统内部磁盘的访问带宽，实现大容量。

如图2所示，本发明实施例一的磁盘阵列系统包括：主机接口适配器、磁盘接口适配器、高速缓存器、FC/SATA协议转换模块、SATA磁盘阵列。

其中，主机接口适配器通过FC通道同主机连接，通过内部连接通道同磁盘接口适配器相连。主机接口适配器实现主机访问请求的处理：主机访问SCSI请求通过FC通道到达主机接口适配器；主机接口适配器解析主机发来的SCSI命令，并通过内部连接通道将请求转发到相应的磁盘接口适配器。所述内部连接通道是实现主机接口适配器与磁盘接口适配器之间的连接通道，该通道可以通过交换、全互联、总线等多种现有技术实现。

磁盘接口适配器实现磁盘的IO操作，磁盘接口适配器的数量可以根据磁盘数量的多少任意配置，每个磁盘接口上挂一个大容量的高速缓存器，用于主机高速访问性能要求和磁盘低速的机械操作之间的缓冲，以实现高速磁盘访问。磁盘的RAID在磁盘接口适配器上构建。

磁盘接口适配器与主机接口适配器之间没有一一对应的关系，根据磁盘阵列的规模和主机磁盘访问性能要求，可以增加磁盘接口单元的数量，以实现磁盘阵列的扩容。

高速缓存器用于对磁盘读写数据的缓存，用于解决数据的高速访问要求与磁盘通过机械运动读取数据的低速度之间的矛盾。

高速缓存器采用分布式结构，置于每个磁盘接口单元的内部，磁盘接口适配器对高速缓存器的访问通过其内部总线，不占用系统带宽。

FC/SATA协议转换模块实现FC接口到SATA接口的转换，其上行与磁盘接口适配器之间通过FC接口直联，接口的数量根据性能要求可以配置多个，下行通过SATA接口与SATA磁盘点到点直联。由于SATA通过点到点直联的方式连接，带宽性能优于FC环路和SCSI总线。

SATA磁盘阵列由多个SATA接口的磁盘组成，每个磁盘出一个SATA接口与FC/SATA协议转换模块连接。

上述的磁盘阵列系统的体系架构，由于采用SATA接口，实现点到点直联方式，每个磁盘单独占有SATA接口的全部带宽，因此每个磁盘的平均访问带宽大于采用FC环路和SCSI总线方式的磁盘访问带宽，且分布式高速缓存器连接在各个磁盘接口适配器上，磁盘接口适配器对高速缓存器的访问通过其内部总线，不占用系统带宽，进而提高系统内部磁盘的访问带宽。上述系统通过采用纯的SATA磁盘阵列构建RAID系统，利用SATA磁盘的低成本实现低成本的磁盘阵列存储系统。

本发明的磁盘阵列也可以适用于多台主机共享存储局域网和单台主机直联存储设备的应用。可以根据需要连接的主机的数量和性能要求，为磁盘阵列系统配置多个主机接口适配器。本发明实施例二的系统配置一对主机接口，通过直联的方式与一台主机连接，成为单台主机直联存储系统，如图3所示，磁盘阵列系统共有两个主机接口适配器。主机通过FC通道同这两个主机接口适配器相连，以传送主机访问SCSI的请求。这两个主机接口适配器均通过内部连接通道同磁盘接口适配器相连，将主机发送的SCSI请求转发到磁盘接口适配器上。也可以通过存储交换机与多台主机之间的连接，实现多台主机共享磁盘阵列系统，以支持多台主机共享存储局域网。

在要求磁盘阵列内部数据镜像和备份应用的场合，本发明的磁盘阵列系统的体系架构如图4所示。磁盘阵列系统包括两个磁盘接口适配器，每个磁盘接口适配器挂有一个高速缓存器。其中一个磁盘接口适配器同FC磁盘阵列相连，另一个通过FC/SATA协议转换模块同SATA磁盘阵列相连。所述的FC磁盘阵列由多个具有FC接口的磁盘组成，阵列中的每个FC磁盘都接在同一个FC环路中，环路中所有磁盘共享FC环路的带宽。采用该种FC磁盘和SATA磁盘混合的系统，用于对可靠性要求非常高的应用场合，SATA磁盘用来作为FC磁盘数据的镜像和备份。这样，由于SATA磁盘的低成本，使系统的成本大幅度的降低。

Claims (9)

1、一种磁盘阵列系统，包括第一高速缓存器和SATA磁盘阵列，其特征在于，所述系统还包括：主机接口适配器、第一磁盘接口适配器和FC/SATA协议转换模块；

所述主机接口适配器同第一磁盘接口适配器相连，用于处理主机访问请求；

所述第一磁盘接口适配器通过FC/SATA协议转换模块同SATA磁盘阵列相连，用于进行磁盘的IO操作；

所述FC/SATA协议转换模块上行与第一磁盘接口适配器之间通过FC接口直联，下行通过SATA接口与SATA磁盘点到点直联，用于实现FC接口到SATA接口的转换；

所述第一高速缓存器连接于第一磁盘接口适配器上，用于对磁盘读写数据进行缓存。

2、如权利要求1所述的系统，其特征在于：主机接口适配器通过FC通道同主机相连，通过内部连接通道同第一磁盘接口适配器相连，主机访问SCSI的请求通过FC通道到达主机接口适配器，主机接口适配器解析主机发来的SCSI命令，并通过内部连接通道将请求转发到第一磁盘接口适配器。

3、如权利要求2所述的系统，其特征在于：所述内部连接通道通过交换、全互联或总线实现。

4、如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述第一磁盘接口适配器有多个，每个第一磁盘接口适配器上均连接有第一高速缓存器，第一磁盘接口适配器通过内部总线对第一高速缓存器访问。

5、如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述SATA磁盘阵列由多个具有SATA接口的磁盘组成，每个磁盘出一个SATA接口与FC/SATA协议转换模块连接。

6、如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述磁盘阵列系统通过存储交换机与多台主机之间进行连接。

7、如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述主机接口适配器为多个。

8、如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述磁盘阵列系统还包括有FC磁盘阵列以及同FC磁盘阵列相连的第二磁盘接口适配器，且该第二磁盘接口适配器还与主机接口适配器相连，该第二磁盘接口适配器上连接有第二高速缓存器，所述SATA磁盘用于FC磁盘数据的镜像和备份。

9、如权利要求8所述的系统，其特征在于：所述FC磁盘阵列由多个具有FC接口的磁盘组成，阵列中的每个FC磁盘都接在同一个FC环路中，环路中所有磁盘共享FC环路的带宽。

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