CN100353330C - 一种基于ip网络的磁盘镜像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种基于IP网络的磁盘镜像方法，属于数据备份与高可靠系统领域。本发明通过虚拟磁盘设备、模拟发起端、设备软件连接、模拟目标端等技术，当操作系统向该设备写入数据时，数据一方面会写入本地磁盘，另一方面会通过网络发送到远程并写入到远程磁盘的相应位置，从而实现一种基于IP网络的镜像磁盘。本发明可广泛应用于基于IP网络的数据备份与高可靠系统，建设成本低，应用前景广阔。

Description

一种基于IP网络的磁盘镜像方法
一、技术领域
本发明提出了一种基于IP网络的磁盘镜像方法，属于数据备份与高可靠系统领域，在两台通过IP网络连接的计算机上实现磁盘镜像。
二、背景技术
随着网络存储量的不断增长以及人们对存储信息安全性要求的不断提高，高可靠系统成为人们日益关注的话题。而镜像技术是整个高可靠系统成败的关键。目前比较成熟的镜像技术包括本地镜像和远程镜像两种。其中本地镜像的镜像距离受到了极大的限制，不能满足一些核心数据的异地保护需求。远程镜像技术包括SAN(storage area network，存储区域网络)、NAS(network area storage，网络附加存储)等，但他们在实际应用中都有着各自的局限条件。SAN是最昂贵、最复杂的存储选择，在其初始阶段需要投入大量的经费。相对于SAN，NAS费用较低、比较简单，但在存储基础设施中存在潜在的节点故障的可能。
中国专利公开号为CN1601484的申请案是一种对于磁盘数据进行备份的系统和方法，而它必须要求使用特定的数据备份电路模块，并且数据也只能够在和本机的数据备份电路模块相连的多个硬盘上进行镜像，无法达到数据的网络镜像的目的。中国专利公开号为CN1637726的申请案是一种Linux系统硬盘数据实时动态保护方法，无法实现数据的网络镜像，而且只能用于Linux操作系统，因此其应用范围有了很大的限制。
本发明是一种基于IP网络的磁盘镜像方法，它基于IP网络实现了磁盘的镜像功能，能实现基于磁盘的高速、廉价的异地数据存储，提高应用系统的可靠性，具有广泛的应用前景。
三、发明内容
本发明提出了一种虚拟磁盘设备驱动程序，并将其插入到操作系统的I/O路径中。当操作系统向该设备写入数据时，数据一方面会写入本地磁盘，另一方面会通过网络发送到远程并写入到远程磁盘的相应位置，从而实现一种基于IP网络的镜像磁盘。
本发明的核心包括虚拟磁盘设备、模拟发起端、设备软件连接、模拟目标端等4个部分。其中虚拟磁盘设备实现一个虚拟的磁盘设备，支持SCSI标准指令，对外表现为一个标准的SCSI设备。模拟发起端实现一个SCSI的发起端，模拟目标端实现一个SCSI目标端，发起端和目标端配合实现远程磁盘的读写。设备软件连接通过本地通信模块和远程通信模块实现。本地通信模块将发起端的存储指令封装成网络数据包，传送给远程通信模块。远程通信模块把收到的网络数据包解析成存储指令，提交给目标端，完成远程磁盘操作。设备软件连接在执行效果上看，就像把远程磁盘通过IP网络形成的设备连接线连接到本地的服务器上。
为了描述方便，先引入以下的名词：
(1)本地磁盘LDISK：本地服务器上的磁盘，是镜像磁盘的本地成员。
(2)远程磁盘RDISK：远程服务器上的磁盘，是镜像磁盘的远程成员。
(3)命令描述块CDB：定义了虚拟磁盘设备执行的I/O操作，是描述存储指令的数据结构。
(4)协议数据单元PDU：封装了存储指令的网络数据包，是本地通信模块和远程通信模块信息传输的基本单位。
四、附图说明
图1是本发明的工作原理图。
图2是建立虚拟磁盘设备的步骤。
图3是模拟发起端的步骤。
图4是设备软件连接的步骤。
图5是模拟目标端的步骤。
五、具体实施方式
以下结合附图详细说明本发明的具体方法。
图1是本发明的工作原理图。
本发明包括本地和远程两部分，本地和远程之间通过IP网络连接，其中本地可以包括多一台或者多台本地服务器，每台本地服务器可以包括一个或者多个需要镜像的本地磁盘或者磁盘分区。远程有一台或者多台远程服务器，每台远程服务器可以包括一个或者多个远程磁盘或者磁盘分区。一台远程服务器可以为多台本地服务器共享。
当操作系统向虚拟磁盘写入数据时，驱动程序一方面向本地磁盘写入数据，同时向远程磁盘写入相同的数据，然后向操作系统报告本次写操作的结果。
图2是建立虚拟磁盘设备的步骤。
通过虚拟磁盘设备，实现一个标准的SCSI磁盘设备，而底层的磁盘镜像实现完全对操作系统透明，从而保证基于IP网络的镜像磁盘具有彻底的兼容性。具体步骤如下：
(1)加载虚拟驱动程序：向操作系统注册若干个SCSI虚拟磁盘设备，建立本地磁盘LDISK与远程磁盘RDISK之间的对应关系。
(2)接收I/O请求：当操作系统向虚拟磁盘进行I/O操作时，虚拟磁盘设备驱动程序就会收到操作系统的I/O请求。
(3)处理I/O请求：虚拟磁盘设备驱动程序对收到的I/O请求，进行如下的处理步骤：
①处理写操作：除了写操作以外，其他的操作都不会导致数据的改变，因此写操作与其他操作的处理方式不同。如果不是写操作转②，否则执行以下步骤：
A.向本地磁盘写数据：向本地磁盘LDISK异步提交I/O请求，完成本地磁盘LDISK的写操作。
B.向远程磁盘写数据：向模拟发起端异步提交I/O请求，完成远程磁盘RDISK的写操作。
C.返回I/O状态：当本地磁盘LDISK和远程磁盘RDISK都返回了本次I/O操作的结果后，向操作系统报告本次I/O操作的结果。如果本地和远程操作都成功则返回成功，否则返回失败。
②处理其他操作：除了写操作以外，其他的操作都不会导致数据的改变，因此除写操作以外，其他操作都只向本地磁盘LDISK提交I/O请求。(4)  转(2)。
图3是模拟发起端的步骤。
模拟发起端从磁盘虚拟驱动程序接收I/O请求，经过处理后提交给本地通信模块，并等待远程的执行结果，然后向磁盘虚拟驱动程序报告操作结果，具体步骤如下：
(1)接收I/O请求：从驱动程序接收I/O请求，构造成命令描述块CDB。
(2)写入远程磁盘：把CDB提交给本地通信模块，由本地通信模块把CDB发送到远程，在远程实现远程磁盘RDISK的数据写入。
(3)操作结果报告：从本地通信模块接收远程磁盘RDISK写操作结果的CDB，并向驱动程序报告操作结果。
图4是设备软件连接的步骤。
本地服务器上的虚拟磁盘驱动程序把操作系统提交的I/O请求发送到远程，远程服务器根据收到的指令执行相应的远程磁盘操作，本地和远程之间的IP网络在实现的效果上就像是本地服务器与远程磁盘之间的连接线。设备软件连接由本地通信模块和远程通信模块实现，具体步骤如下：
(1)建立会话连接：在本地和远程首次交换数据之前，要通过IP网络建立会话连接。以后本地服务器和远程服务器都通过该会话连接进行数据交换。建立会话连接的具体步骤如下：
①建立TCP连接：在本地通信模块和远程通信模块之间建立TCP连接。
②启动会话：通过一个登录过程建立起本地通信模块和远程通信模块之间的会话。
③协商通信参数：通过会话，协商双方的通信参数。
④接受登录：协商成功后，远程通信模块向本地通信模块发出一个登录接受信息。
(2)产生协议数据单元：本地通信模块收到模拟发起端的CDB后，将CDB封装成协议数据单元PDU。
(3)把协议数据单元发送给远程通信模块：本地通信模块通过IP网络把PDU发送到远程通信模块。
(4)远程通信模块解析协议数据单元：远程通信模块收到本地通信模块发送过来的PDU后对其进行解析，得到命令描述块CDB。
(5)把命令描述块提交给模拟目标端：远程通信模块把CDB提交给目标模拟端。目标模拟端解析CDB，完成远程磁盘RDISK的写操作。
(6)向本地通信模块报告执行结果：完成远程磁盘RDISK的写操作之后，远程通信模块向本地通信模块报告执行结果，具体步骤如下：
①接收模拟目标端操作结果：接收远程磁盘RDISK写操作结果的CDB。
②生成协议数据单元：远程通信模块收到CDB后将其封装成协议数据单元PDU。
③传输协议数据单元：通过IP网络，远程通信模块把PDU发送给本地通信模块。
图5是模拟目标端的步骤。
模拟目标端收到远程通信模块的命令描述块CDB后，构造相应的操作命令，实现远程磁盘的数据写入，然后向本地报告操作结果，具体步骤如下：
(1)接收命令描述块：目标端接收到CDB后，对CDB进行解析，构造远程磁盘RDISK的操作命令。
(2)执行写操作：执行远程磁盘RDISK的操作指令，实现远程磁盘RDISK的数据写入。
(3)封装操作结果：根据写操作的结果生成对应的CDB。
(4)返回操作结果：向远程通信模块返回包含操作结果的CDB。

Claims (3)

1.一种基于IP网络的磁盘镜像方法，其特征在于包括以下步骤：建立虚拟磁盘设备的步骤；模拟发起端的步骤；设备软件连接的步骤；模拟目标端的步骤；其中：
(1)建立虚拟磁盘设备的步骤：实现一个表现为标准SCSI设备的虚拟磁盘设备，具体的建立虚拟磁盘的步骤包括以下步骤：
①加载虚拟驱动程序的步骤；
②接收I/O请求的步骤；
③处理I/O请求的步骤：如果该I/O请求不会导致磁盘数据的改变，则仅向本地磁盘提交I/O请求，否则进行以下步骤：
a)向本地磁盘写数据的步骤；
b)向远程磁盘写数据的步骤：向模拟发起端提交I/O请求，完成远程磁盘的写操作；
c)返回I/O状态的步骤：当本地磁盘和远程磁盘都返回了上述写数据的结果后，向操作系统报告本次I/O请求的结果，如果本地和远程写数据都成功则返回成功，否则返回失败；
(2)模拟发起端的步骤：实现一个模拟发起端作为上述虚拟磁盘设备的发起端，具体的模拟发起端的步骤包括以下步骤：
①接收I/O请求的步骤：从虚拟磁盘设备接受I/O请求，构造成命令描述块；
②写入远程磁盘的步骤：把上述命令描述块提交给本地通信模块，由本地通信模块把上述命令描述块发送到远程，在远程实现远程磁盘的数据写入；
③操作结果报告的步骤：接收包含上述写入远程磁盘的结果的命令描述块，并向虚拟磁盘设备报告操作结果；
(3)设备软件连接的步骤：设备软件连接包含本地通信模块和远程通信模块，并通过IP网络连接模拟发起端和模拟目标端，实现模拟发起端和模拟目标端之间的通信和数据交换，设备软件连接的具体步骤包括以下步骤：
①建立会话连接的步骤：在模拟发起端和模拟目标端首次交换数据之前，通过IP网络建立会话连接，以后虚拟发起端和虚拟目标端都通过该会话连接进行通信和数据交换；
②产生协议数据单元的步骤：本地通信模块从模拟发起端接收命令描述块，将该命令描述块封装成协议数据单元；
③把上述协议数据单元发送给远程通信模块的步骤；
④远程通信模块解析协议数据单元的步骤：远程通信模块收到本地通信模块发送过来的协议数据单元后对其进行解析，得到命令描述块；
⑤把命令描述块提交给模拟目标端的步骤：把上述解析得到的命令描述块提交给模拟目标端；
⑥向本地通信模块报告执行结果的步骤：接收模拟目标端对上述命令描述块的操作结果，并向本地通信模块报告操作结果；
(4)模拟目标端的步骤：实现一个模拟目标端作为上述虚拟磁盘设备的目标端，具体的模拟目标端的步骤包括以下步骤：
①接收命令描述块的步骤：从设备软件连接接收命令描述块；
②执行写操作的步骤：根据命令描述块对远程磁盘提交写操作；
③封装操作结果的步骤：根据上述写操作的结果构造包含操作结果的命令描述块；
④返回操作结果的步骤：向远程通信模块返回包含操作结果的命令描述块。
2.权利要求1所述的一种基于IP网络的磁盘镜像方法，其特征在于设备软件连接的步骤中，建立会话连接的步骤包括以下步骤：
(1)建立TCP连接的步骤：本地通信模块和远程通信模块之间建立一个TCP连接；
(2)启动会话的步骤：在上述TCP连接的基础上建立一个会话；
(3)协商通信参数的步骤：协商上述会话的通信参数；
(4)接受登录的步骤：协商成功后，远程通信模块向本地通信模块发出一个登录接受信息。
3.权利要求1所述的一种基于IP网络的磁盘镜像方法，其特征在于设备软件连接的步骤中，向本地通信模块报告执行结果的步骤包括以下步骤：
(1)接收模拟目标端操作结果的步骤：从模拟目标端接收包含操作结果的命令描述块；
(2)生成协议数据单元的步骤：将包含操作结果的命令描述块封装成协议数据单元；
(3)传输协议数据单元的步骤：把上述协议数据单元发送给本地通信模块。
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