CN100423491C - 虚拟化网络存储系统及其网络存储设备 - Google Patents

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CN100423491C CNB2006100573206A CN200610057320A CN100423491C CN 100423491 C CN100423491 C CN 100423491C CN B2006100573206 A CNB2006100573206 A CN B2006100573206A CN 200610057320 A CN200610057320 A CN 200610057320A CN 100423491 C CN100423491 C CN 100423491C
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Abstract

本发明公开了一种虚拟化网络存储系统，包括连接至同一SAN的至少两个网络存储设备，至少一个网络存储设备包括设备管理单元，用来维护全局卷与各个网络存储设备本地卷的映射关系，将对全局卷的访问重定向至该全局卷的全局卷管理单元所在的网络存储设备；至少一个网络存储设备包括全局卷管理单元，用来根据全局卷与本地卷的映射关系执行对全局卷的访问操作。本发明还公开了应用于虚拟化网络存储系统的网络存储设备。本发明使得对全局卷访问的处理能力具有随着网络存储设备的增加而增长的能力，避免了对网络存储系统进行虚拟化造成的性能瓶颈；同时，本发明通过设备管理单元和全局卷管理单元间的冗余提高了虚拟化网络存储系统的可靠性。

Description

虚拟化网络存储系统及其网络存储设备
技术领域
本发明涉及存储区域系统的虚拟化，尤其涉及虚拟化网络存储系统及应用于该系统的网络存储设备。
背景技术
支持iSCSI(Internet Small Computer System Interface，网际小型机系统接口)协议的网络存储设备逐渐在市场上获得用户的认可。在中低端市场，网络存储设备一般是自带物理存储介质的，是一个集成了功能和存储介质的整体设备。一般，这样的网络存储设备的容量大约在10TB(兆兆字节)以下。当用户的需求逐渐增多时，需要多个这样的网络存储设备来形成更大的存储空间。
为了满足访问客户端对网络存储系统中多个网络存储设备的存储空间连续使用和以同一访问地址使用的要求，需要进行网络存储系统的虚拟化。现有技术中的iSCSI虚拟化网络存储系统及其访问客户端通常采用图1所示的结构，在连接访问客户端和网络存储设备的交换机上接入存储服务器。
图1中，网络存储设备中的本地卷管理单元将本设备中的物理存储介质转换为本地卷，并提供对本地卷的访问功能。根据网络存储设备的功能和用户具体配置不同，本地卷既可能是物理卷，也可能是逻辑卷。存储服务器对各个网络存储设备进行带内虚拟化，统一管理所有网络存储设备的本地卷，将其映射为全局卷供访问客户端通过同一个IP地址来访问，全局卷为逻辑卷。访问客户端对全局卷的访问由存储服务器完成，存储服务器将对全局卷的访问分解为对一个或一个以上网络存储设备中本地卷的访问，并将各个网络存储设备返回的本地卷访问操作执行结果组合为对全局卷的访问操作结果。
然而，当所需要的存储空间不断扩大，网络存储系统中的网络存储设备越来越多时，由于所有的读写操作都需要由存储服务器进行，存储服务器的处理能力和连接带宽会成为整个网络存储系统的瓶颈，降低网络存储系统的访问效率。
发明内容
本发明要解决的是现有技术中虚拟化网络存储系统中的存储服务器负责对所有全局卷的访问形成系统性能瓶颈的问题。
本发明所述虚拟化网络存储系统包括连接至同一存储区域网络SAN的至少两个网络存储设备，其中：
至少一个网络存储设备包括设备管理单元，用来维护全局卷与各个网络存储设备本地卷的映射关系，将对全局卷的访问重定向至该全局卷的全局卷管理单元所在的网络存储设备；
至少一个网络存储设备包括全局卷管理单元，用来根据全局卷与本地卷的映射关系执行对全局卷的访问操作。
优选地，当超过一个网络存储设备包括设备管理单元时，其中一个为主设备管理单元，用来进行对全局卷访问的重定向并同步设备管理单元或全局卷管理单元所在的网络设备上全局卷与本地卷的映射关系；其余为备份设备管理单元，用来在主设备管理单元工作故障时将其中之一升级为主设备管理单元。
优选地，至少一个全局卷具有一个主全局卷管理单元和至少一个备份全局卷管理单元，其中主全局卷管理单元用来执行对该全局卷的访问；备份全局卷管理单元用来在主全局卷管理单元工作故障时将其中之一升级为主全局卷管理单元；
当全局卷管理单元发生主备切换后，设备管理单元将对该全局卷的访问重定向至当前主全局卷管理单元。
本发明提供的另一种虚拟化网络存储系统，包括连接至同一SAN的至少两个网络存储设备，每个网络存储设备均包括设备管理单元和全局卷管理单元，其中：
设备管理单元用来交互其所在网络设备的状态信息；其中一个为主设备管理单元，用来同步各个网络存储设备上全局卷与本地卷的映射关系，将对全局卷的访问重定向至该全局卷的全局卷管理单元所在的网络存储设备；其余为备份设备管理单元，用来在主设备管理单元工作故障时将其中之一升级为主设备管理单元；
全局卷管理单元用来根据全局卷与本地卷的映射关系执行对全局卷的访问操作。
优选地，所述设备管理单元之间交互的状态信息中包括网络存储设备的负荷参数；
主设备单元根据负荷参数选择网络存储设备的全局卷管理单元作为被访问的全局卷的全局卷管理单元。
优选地，所述被访问全局卷的全局卷管理单元和与该全局卷具有映射关系的本地卷在同一个网络存储设备上。
优选地，所述网络存储设备采用网际小型机系统接口iSCSI协议；主设备管理单元所在网络存储设备具有用于接收对全局卷访问的虚拟网络地址；所述对全局卷访问的重定向通过iSCSI重定向协议实现。
优选地，所述每个网络存储设备还包括数据访问管理单元，用来作为不同网络存储设备间本地卷访问的通信接口，按照预定协议转发和接收全局卷管理单元对位于不同网络存储设备上的本地卷的访问请求和访问结果。
优选地，所述全局卷与本地卷的映射关系通过嵌入式数据库实现。
本发明提供的一种应用于虚拟化网络存储系统的网络存储设备，包括设备管理单元，用来与其他网络存储设备交互虚拟化存储系统的工作信息，将对全局卷的访问重定向至执行该全局卷访问操作的网络存储设备；所述工作信息交互包括同步虚拟化网络存储系统的全局卷与本地卷的映射关系。
优选地，所述网络存储设备还包括全局卷管理单元，用来根据全局卷与本地卷的映射关系执行对全局卷的访问操作。
优选地，所述虚拟化存储系统的工作信息中包括网络存储设备的负荷参数；
所述执行全局卷访问的网络存储设备由所述设备管理单元根据各个网络存储设备的当前负荷参数确定。
优选地，所述网络存储设备采用iSCSI协议；
所述网络存储设备具有至少两个网际协议IP地址，一个为网络存储系统的虚拟IP地址，用于对网络存储系统全局卷的首次访问；另一个为该网络存储设备本身的IP地址，用于进行iSCSI协议重定向后对全局卷的后续访问。
优选地，所述网络存储设备还包括数据访问管理单元，用来按照预定协议转发和接收全局卷管理单元对位于不同网络存储设备上的本地卷的访问请求以及访问结果。
本发明提供的另一种应用于虚拟化网络存储系统的网络存储设备，包括设备管理单元和全局卷管理单元，其中：
设备管理单元用来与虚拟化网络存储系统的其他网络存储设备交互虚拟化网络存储系统的工作信息，其中包括全局卷与各个网络存储设备本地卷的映射关系；
全局卷管理单元用来根据全局卷与本地卷的映射关系执行对全局卷的访问操作。
优选地，所述网络存储设备还包括数据访问管理单元，用来按照预定协议转发和接收全局卷管理单元对位于不同网络存储设备上的本地卷的访问请求以及访问结果。
优选地，所述虚拟化网络存储系统的工作信息中还包括网络存储设备的负荷参数。
本发明提供的第三种虚拟化网络存储系统，包括存储管理装置和至少两个网络存储设备，其中：
存储管理装置用来维护网络存储系统的全局卷与各个网络存储设备本地卷的映射关系，将对全局卷的访问重定向至该全局卷的全局卷管理单元所在的网络存储设备；
至少一个网络存储设备包括全局卷管理单元，用来根据全局卷与本地卷的映射关系执行对全局卷的访问操作。
本发明提供了一种网络存储系统的虚拟化方法，该网络存储系统包括至少2个网络存储设备，所述方法包括以下步骤：
确定一个网络存储设备作为主网络存储设备；
主网络存储设备接收到对全局卷的访问后，将其重定向至负责该全局卷访问操作的网络存储设备；
负责该全局卷访问的网络存储设备根据全局卷与各个网络存储设备本地卷的映射关系执行对该全局卷的访问操作。
优选地，所述方法还包括：主网络存储设备同步各个网络存储设备上全局卷与本地卷的映射关系。
优选地，所述方法还包括：各个网络存储设备间交互其工作状态信息；
所述方法还包括：主网络存储设备发生故障时，由其他网络存储设备中的一个接替其工作。
优选地，所述工作状态信息中包括网络存储设备的负荷参数；
所述方法在网络存储设备进行全局卷访问的重定向前还包括：如果当前没有网络存储设备负责该全局卷的访问时，主网络存储设备根据负荷参数指定负责该全局卷访问的网络存储设备。
优选地，所述网络存储设备采用iSCSI协议；
所述主网络存储设备具有用于接收对网络存储系统全局卷访问的虚拟IP地址；
所述主网络存储设备发生故障时，其他网络存储设备之一接替其工作包括：将原主网络存储设备的虚拟IP地址配置在接替其工作的网络存储设备上。
优选地，所述负责该全局卷访问的网络存储设备执行对该全局卷的访问操作具体为：
根据全局卷与本地卷的映射关系将对该全局卷的访问分解为对至少一个本地卷的访问；
向要访问的本地卷所在的网络存储设备发送本地卷访问请求；
将接收的本地卷访问结果组合为对该全局卷的访问结果并将返回访问结果。
本发明通过将完成全局卷访问的全局卷管理单元分散在各个网络存储设备上实现，使得对全局卷访问的处理能力具有随网络存储设备增加而增长的能力，从而避免了对网络存储系统进行虚拟化造成的性能瓶颈；
同时，本发明将设备管理单元也分散在网络存储设备上实现，通过设备管理单元和全局卷管理单元间的冗余提高了虚拟化网络存储系统的可靠性；
进一步地，本发明中的网络存储系统可以不包括存储服务器，简化了网络结构，降低了网络存储系统构建、维护和管理的成本。
附图说明
图1为现有技术中虚拟化网络存储系统与访问客户端的结构示例图；
图2为本发明所述虚拟化网络存储系统实施例一的结构示意图；
图3为本发明所述虚拟化网络存储系统实施例二的结构示意图；
图4为本发明所述虚拟化网络存储系统实施例三的结构示意图；
图5为本发明所述虚拟化网络存储系统实施例三创建全局卷的流程图；
图6为本发明所述虚拟化网络存储系统实施例三访问全局卷的流程图；
图7为本发明所述虚拟化网络存储系统实施例三采用简化本地卷访问协议时的结构示意图；
图8为本发明所述虚拟化网络存储系统实施例四的结构示意图；
图9为本发明所述网络存储系统虚拟化方法的流程图。
具体实施方式
网络存储系统的虚拟化需要将各个网络存储设备的本地卷映射为全局卷，使得对访问客户端通过全局卷即可对整个存储空间进行统一访问，而数据究竟存储在哪个网络存储设备的物理存储介质上则对访问客户端透明。实现对虚拟化网络存储空间的访问时最为繁重的工作是将对全局卷的访问分解为对一个或一个以上网络存储设备中本地卷的访问，并将各个网络存储设备返回的本地卷访问操作执行结果组合为对全局卷的访问操作结果。
现有技术中，由于每个网络存储设备所能容纳的物理存储介质有限，存储空间的扩展通常以增加网络存储设备的方式进行，而存储服务器的处理能力和所占有的带宽难以随着存储空间的扩展而增长，会影响系统的性能。本发明中，将对全局卷的访问分散在多个网络存储设备上进行，就可以随着存储空间的扩展一同扩展系统访问的处理能力和访问带宽。
本发明中的网络存储设备均包括本地卷管理单元和物理存储介质，与现有技术中一样，物理存储介质提供物理存储空间并完成数据的存储，本地卷管理单元以本地的逻辑卷或物理卷的形式提供对物理存储介质的访问。
图2所示为本发明中虚拟化网络存储系统的结构示意图，网络存储设备220、230和240通过SAN网络连接装置210相互连接，访问客户端也通过SAN网络连接装置210对虚拟化网络存储系统进行访问。网络存储设备220包括相互连接的SAN接口221、设备管理单元222、全局卷管理单元223和本地卷管理单元224；网络存储设备230包括相互连接的SAN接口231、全局卷管理单元233和本地卷管理单元234；网络存储设备240包括相互连接的SAN接口241、全局卷管理单元243和本地卷管理单元244。每个网络存储设备均包括与该网络存储设备中本地卷管理单元连接的物理存储介质。
在本实施例的网络存储系统中，只有网络存储设备220具有设备管理单元222。通过设备管理单元222，用户可以对整个网络存储系统进行配置管理，其中包括创建全局卷，形成全局卷与本地卷之间的映射关系；同时，设备管理单元222将全局卷与本地卷之间的映射关系发送给所有包括全局卷管理单元的网络存储设备，在本实施例中为网络存储设备230和240，并在全局卷与本地卷的映射关系发生变化时实时更新网络存储设备230和240上的映射关系。
对网络存储系统全局卷的访问需要首先通过设备管理单元222，由设备管理单元222将对全局卷的访问重定向至负责该全局卷访问操作的全局卷管理单元。
网络存储系统中每个全局卷都由一个全局卷管理单元负责完成对该全局卷的访问操作，不同的全局卷可能由同一个全局卷管理单元来负责，而在同一时刻，为避免可能的读写冲突和资源互锁，一个全局卷通常只有一个全局卷管理单元来负责。可以为全局卷指定全局卷管理单元，也可以按照设定的选择条件自行产生全局卷的全局卷管理单元，还可以根据系统运行情况和全局卷的访问情况动态地由设备管理单元222决定全局卷管理单元。
对应于网络存储系统所采用的协议，设备管理单元222可以采用不同的方法对全局卷访问进行重定向。例如，可以向发起访问的访问客户端返回被访问全局卷的全局卷管理单元所在网络存储设备的地址，由访问客户端直接将访问请求发送至该网络存储设备。
全局卷管理单元响应对其管理的全局卷的访问，执行对应的访问操作。例如，被访问全局卷的全局卷管理单元为233，当全局卷管理单元233接收到全局卷访问请求时，根据网络存储设备230上网络存储系统的全局卷与本地卷的映射关系，将全局卷访问分解为一个或一个以上对本地卷的访问，这些待访问的本地卷可能位于不同的网络存储设备上。设本次全局卷访问的存储区域所对应的本地卷在网络存储设备230和240上，则全局卷管理单元233将本地卷的访问请求发送至本地卷管理单元234，以及通过SAN接口231、SAN网络连接装置210、网络存储设备240的SAN接口241发送至本地卷管理单元244。本地卷管理单元234和244分别执行本地卷访问操作，并将操作结果返回至该本地卷访问的请求方全局卷管理单元233。全局卷管理单元233将返回的本地卷访问操作结果合成为全局卷访问操作结果，并将访问结果返回至发起全局卷访问的访问客户端。
对于全局卷访问结果，按照SAN网络所采用的协议和具体的应用实现可以有不同的返回途径。较为简便的一种是由全局卷管理单元直接将访问结果发送至访问客户端。
在指定全局卷的全局卷管理单元的情况下，还可以为全局卷指定主全局卷管理单元和备份全局卷管理单元，在主全局卷管理单元发生故障时，由备份全局卷管理单元进行该全局卷的访问操作。在按照设定条件自行产生全局卷管理单元和动态决定全局卷管理单元的情况下，如果没有设置全局卷管理单元的限制条件，每一个全局卷管理单元都可以作为其他全局卷管理单元的备份。
实施例一中只有一个设备管理单元，容易成为该网络存储系统的故障点。在图3所示的实施例二中，网络存储设备320、330、340和350通过SAN网络连接装置310相互连接。网络存储设备320包括相互连接的SAN接口321、设备管理单元322和本地卷管理单元324；网络存储设备330包括相互连接的SAN接口331、设备管理单元332、全局卷管理单元333和本地卷管理单元334；网络存储设备340包括相互连接的SAN接口341、全局卷管理单元343和本地卷管理单元344；网络存储设备350包括相互连接的SAN接口351和本地卷管理单元354。每个网络存储设备均包括与该网络存储设备的本地卷管理单元连接的物理存储介质。
实施例二与实施例一的不同之处在于具有多个设备管理单元，并且并非每个网络存储设备上都有全局卷管理单元。
当网络存储系统中包括多个设备管理单元时，一个设备管理单元作为主设备管理单元进行网络存储系统的配置管理、全局卷与本地卷映射关系的维护、同步和对全局卷访问的重定向工作，其中同步主要指的是与全局卷管理单元或其他设备管理单元所在的网络存储设备同步全局卷与本地卷的映射关系；其他设备管理单元为备份设备管理单元，当主设备管理单元发生工作故障时，一个备份设备管理单元接替主设备管理单元的工作。与其他主备切换的高可用性系统一样，主设备管理单元与备份管理单元之间交互彼此的工作状态信息，以使备份设备管理单元及时了解主设备管理单元的工作状态。
当存在一个以上的备份设备管理单元时，由哪个备份设备管理单元接替主设备管理单元的工作可以由设定的优先级决定，也可以按照一定的算法由所有在线的备份设备管理单元选举决定。现有的多级备份系统和集群系统中已经有多种技术可以实现这两种方式，此处不再赘述。
本实施例中，网络存储设备320和330均包括设备管理单元，假设设备管理单元332为主设备管理单元，则设备管理单元322为备份管理单元。在主设备管理单元332正常工作时，如果全局卷与本地卷的映射关系发生变化，主设备管理单元332将映射关系的变化通知包括备份设备管理单元322的网络存储设备320和包括全局卷管理单元343的网络存储设备340，以进行网络设备320、330和340上全局卷与本地卷映射关系的同步，使得备份设备管理单元322可以随时接替主设备管理单元332的工作，以及全局卷管理单元343能够正确解析对全局卷的访问请求。
网络存储设备350上既没有设备管理单元也没有全局卷管理单元，则不需保存全局卷与本地卷的映射关系；同时，由于网络存储设备320和350不包括全局卷管理单元，对这两个网络存储设备上本地卷的访问只能通过网络存储设备330或340上的全局卷管理单元333或343进行。
与实施例一中相同，全局卷管理单元之间也可以互相备份，提高网络存储系统的可用性。
实施例三为本发明的优选实施例，其结构示意如图4所示。网络存储设备420、430和440通过SAN网络连接装置410相互连接，访问客户端也通过SAN网络连接装置410对虚拟化网络存储系统进行访问。网络存储设备420包括相互连接的SAN接口421、设备管理单元422、全局卷管理单元423和本地卷管理单元424；网络存储设备430包括相互连接的SAN接口431、设备管理单元432、全局卷管理单元433和本地卷管理单元434；网络存储设备440包括相互连接的SAN接口441、设备管理单元442、全局卷管理单元443和本地卷管理单元444。每个网络存储设备均包括与该网络存储设备中本地卷管理单元连接的物理存储介质。
实施例三中，每个网络存储设备均包括设备管理单元和全局卷管理单元，这样，由于各个备份设备管理单元要检测主设备管理单元的工作状态，设备管理单元之间会进行状态信息的交互。同时由于每个网络存储设备上均包括全局卷管理单元，在设备管理单元之间交互的状态信息中增加其所在网络存储设备的工作负荷参数，即能够以当前负荷参数为依据确定被访问全局卷的全局卷管理单元，在为访问客户端提供统一的访问空间的基础上实现网络存储系统的动态负载均衡。用户可以根据具体应用环境选择合适的运行参量作为网络存储设备的负荷参数，如处理器的利用率、网络带宽的利用率等等指标或其组合。
另外，在确定全局卷管理单元时，还可以优先选择与被访问的全局卷具有映射关系的本地卷所在的网络存储设备上的全局卷管理单元。这样，在全局卷管理单元进行对本地卷的访问时可能有部分操作是在同一个网络存储设备上进行，从而进一步提高全局卷的访问效率。
设图4中的网络存储系统采用iSCSI协议，以下以该网络存储系统的一种可能的实现为例，详细说明本实施例中网络存储系统的运行流程。
在网络存储系统启动时，按照集群技术，各个网络存储设备上的设备管理单元根据设定的优先条件选举产生主设备管理单元，不失一般性，设选举设备管理单元422为主设备管理单元，则其所在的网络存储设备420除了具有自己的IP地址外，还具有虚拟化网络存储系统的虚拟IP地址。
在产生主设备管理单元422后，用户可以通过主设备管理单元422对各个网络存储设备上的本地卷进行统一管理，以全局卷的方式规划和配置整个网络存储系统的存储空间，而由主设备管理单元422负责整个网络存储系统全局信息的维护。用户可以从管理控制台以网络存储系统的虚拟IP地址为目的地址对网络存储系统进行配置管理，这些配置管理由主设备管理单元422接收和执行。
例如，从管理控制台创建一个全局卷的流程如图5所示，管理控制台以网络存储系统的虚拟IP地址为目的地址发送创建全局卷指令；主设备管理单元422接收到该指令后，将当前网络存储系统中可用的本地卷返回至管理控制台，也可以由主设备管理单元422根据特定的规则自动选择好本地卷资源提供给用户确定；用户在管理控制台上确定要使用的本地卷，并通知主设备管理单元422；主设备管理单元422建立新创建的全局卷与所使用的本地卷的映射关系，并向管理控制台返回全局卷创建成功的消息。
一种可能的全局卷与本地卷的映射关系如下表所示：
Figure C20061005732000201
上表中，网络存储设备标识用来将本地卷定位到网络存储系统中具体的一个网络存储设备，可以对网络存储设备进行编号后以编号作为网络存储设备标识，也可以用网络存储设备现有的能够互相区别的参数，如IP地址作为网络存储设备标识。映射关系表可以通过在每个网络存储设备上运行嵌入式数据库来实现，以提高对映射关系表的查找速度。表中的ACSL(Adapter/Channel/SCSI/LUN，适配器/通道/小型机系统接口/逻辑单元号)为SCSI标识。
主设备管理单元422负责在每个网络存储设备上维护相同的全局卷与本地卷的映射关系，以供备份设备管理单元432和442能够随时接替自己的工作，同时使每个全局卷管理单元能够独立完成对全局卷的访问操作。
主设备管理单元422与备份设备管理单元432和442之间通过心跳信号相互传输所在网络存储设备的状态信息，包括该网络设备的负荷参数。
图6所示为iSCSI访问客户端与网络存储系统之间完成一次对全局卷访问的流程，访问客户端以网络存储系统的虚拟IP地址为目的地址发送iSCSI访问请求；主设备管理单元422接收到iSCSI访问请求后，如果被访问的全局卷当前没有已确定的全局卷管理单元，主设备管理单元422根据从设备管理单元432和442接收的网络存储设备430和440的负荷参数，以及网络存储设备420的负荷参数，确定一个全局卷管理单元作为被访问全局卷的全局卷管理单元。
设确定全局卷管理单元433负责被访问的全局卷，主设备管理单元422通过iSCSI重定向协议通知访问客户端后续iSCSI协议的目标设备为网络存储设备430。
访问客户端通过iSCSI协议以网络存储设备430的IP地址向其发送对全局卷访问的请求，全局卷管理单元433根据全局卷与本地卷的映射关系表，将对全局卷的访问分解为对相应的本地卷的访问。
设要访问的本地卷在网络存储设备420和430上，全局卷管理单元433向同一设备上的本地卷管理单元434、通过SAN接口431向本地卷管理单元424发送本地卷访问请求；本地卷管理单元434和424将本地卷访问结果返回至全局卷管理单元433。
全局卷管理单元433将本地卷管理单元434和424返回的本地卷访问结果组合为全局卷访问结果，并将访问结果发送至访问客户端，完成对全局卷的访问。全局卷管理单元与本地卷管理单元之间的本地卷访问请求和访问结果的传输都可以通过iSCSI协议进行。
如果网络存储设备420发生故障，当备份设备管理单元432和442发现失去原主设备管理单元422的心跳信号后，按照同样的设定优先条件选举出新的主设备管理单元，接替设备管理单元422的工作；同时，网络存储系统的虚拟IP地址将配置在新的主设备管理单元所在的网络存储设备上。
对本地卷的访问请求和访问结果的传输都在网络存储系统内部进行，并且各个网络存储设备之间通常都通过交换机连接，相互之间的关系相对简单，iSCSI协议中用来进行申请、认证、连接等的环节均可省略，可以采用更为简单的协议实现对本地卷的访问。例如，可以采用标准iSCSI协议的数据传输部分，也可以自行定义一种能够通过承载在IP网络上的协议来进行本地卷的访问请求和结果回复。
在采用简化协议的情况下，需要在图4中的每个网络存储设备中增加数据访问管理单元，其结构如图7所示，数据访问管理单元与其所在网络存储设备中的SAN接口、设备管理单元和全局卷管理单元相互连接，并且与本地卷管理单元连接；本地卷管理单元分别与其所在网络存储设备中的全局卷管理单元和物理存储介质连接。
设全局卷管理单元443管理的全局卷被访问，通过查询全局卷与本地卷的映射关系，得知要访问的本地卷在网络存储设备440和430上。对同一个网络设备440上的本地卷，全局卷管理单元443通过本地卷管理单元444取得访问结果。
对网络存储设备430上的本地卷，全局卷管理单元443将对网络存储设备430上本地卷的访问请求首先发送至数据访问管理单元445，由数据访问管理单元445采用简化协议将访问请求通过SAN接口441发送至网络存储设备430。数据访问管理单元435接收到以简化协议传输的访问请求，将其转换为本地卷管理单元434能够执行的数据访问指令并发送给本地卷管理单元434。在接收到本地卷管理单元434返回的执行结果后，数据访问单元435采用简化协议将执行结果通过SAN接口431回复至网络存储设备440。数据访问管理单元445接收到以简化协议传输的执行结果，将其转换为全局卷管理单元443能够解析的访问结果，并发送至全局卷管理单元443。
可见，数据访问管理单元425、435和445为位于不同网络存储设备上的本地卷访问操作提供网络传输接口，以便能够通过对简化的iSCSI协议完成网络存储系统内部的数据访问，提高对本地卷访问的效率。
对实施例二和实施例三中主设备管理单元所在的网络存储设备，其主设备管理单元与其他网络存储设备交互虚拟化存储系统的工作信息，其中包括同步虚拟化网络存储系统的全局卷与本地卷的映射关系，还可以包括网络存储设备的负荷参数，供主设备管理单元确定由哪个网络存储设备负责对全局卷的访问操作。
主设备管理单元还用来将对全局卷的访问重定向至执行该全局卷访问操作的网络存储设备。主设备管理单元所在的网络设备还可以包括全局卷管理单元，根据全局卷与本地卷的映射关系执行对全局卷的访问操作。
如果网络存储设备为iSCSI设备，主设备管理单元所在的网络存储设备具有至少两个IP地址，一个是网络存储系统的虚拟IP地址，用于访问客户端通过iSCSI协议对全局卷的首次访问；另一个为该网络存储设备本身的IP地址，用于进行iSCSI协议重定向后，访问客户端通过iSCSI协议对全局卷的后续访问，这个IP地址还可以用于其他网络存储设备上的全局卷管理单元对该网络设备上本地卷的访问。另外，对采用简化协议进行本地卷访问的网络存储设备，还可以增加数据访问管理单元，用来按照预定协议转发全局卷管理单元对其他网络存储设备上本地卷的访问请求，将以预定协议接收的访问结果转发给全局卷管理单元；同时以预定协议接收对其所在网络存储设备上本地卷的访问请求，并将访问结果按照预定协议返回至发送请求的一方。
对实施例二和实施例三中备份设备管理单元所在的网络存储设备，其备份设备管理单元与网络存储系统的其他网络存储设备交互虚拟化网络存储系统的工作信息，其中包括全局卷与本地卷的映射关系，还可以包括网络存储设备的负荷参数。该网络存储设备还可以有全局卷管理单元，根据全局卷与本地卷的映射关系执行对全局卷的访问操作。如果备份设备管理单元所在的网络存储设备采用简化协议进行本地卷访问，也可以增加数据访问管理单元，其功能与在主设备管理单元所在的网络存储设备中相同，不再重复。
本发明的实施例四的示意结构如图8所示。网络存储设备820、830和840通过SAN网络连接装置810相互连接，存储管理装置850也连接至SAN网络连接装置810，访问客户端同样通过SAN网络连接装置810对虚拟化网络存储系统进行访问。网络存储设备820包括相互连接的SAN接口821、全局卷管理单元823和本地卷管理单元824；网络存储设备830包括相互连接的SAN接口831、全局卷管理单元833和本地卷管理单元834；网络存储设备840包括相互连接的SAN接口841、全局卷管理单元843和本地卷管理单元844。每个网络存储设备均包括与该网络存储设备中本地卷管理单元连接的物理存储介质。
实施例四的不同之处在于将前三个实施例中网络存储设备上设备管理单元的功能由存储管理装置850完成，即存储管理装置850负责维护各个包括全局卷管理单元的网络存储设备上全局卷与本地卷的映射关系，以及确定被访问全局卷的全局卷管理单元，并将对全局卷的访问重定向至全局卷管理单元所在的网络存储设备。
与前述三个实施例相同，全局卷管理单元通过全局卷与本地卷的映射关系完成对全局卷的访问。
由于对全局卷的访问操作仍分散在多个网络存储设备上进行，存储管理装置850只需进行映射关系维护和访问的重定向，工作负载有限，本实施例同样可以避免网络存储系统的性能瓶颈。并且，存储管理装置850可以采用主备技术或集群技术以获得高可靠性。
本发明中网络存储系统虚拟化方法的流程如图9所示，网络存储系统中有两个以上的网络存储设备。在步骤S910，在网络存储设备中确定一个作为系统的主网络存储设备。对只有一个设备管理单元的网络存储系统，主网络存储设备为设备管理单元所在的网络存储设备；如果有多个设备管理单元，主网络存储设备即为主设备管理单元所在的网络存储设备。
在步骤S920，主网络存储设备同步各个网络存储设备上全局卷与本地卷的映射关系。网络存储系统中全局卷到本地卷的映射通过主网络存储设备来设置和修改，当映射关系发生变化时，由主网络存储设备将该变化实时同步至其他网络存储设备。本步骤可以只在全局卷与本地卷的映射关系发生变化时执行。
在步骤S930，各个网络存储设备间交互其工作状态信息。
在步骤S940，主网络存储设备接收对网络存储系统全局卷的访问请求。以iSCSI协议的网络存储系统为例，网络存储系统向访问客户端提供一个虚拟IP地址，该虚拟IP地址配置在主网络存储设备上，访问客户端以该IP地址发起全局卷的访问，因而对全局卷的首次访问由主网络存储设备接收。
在步骤S950，主网络存储设备判断是否有网络存储设备负责该全局卷的访问，如果有，转步骤S970；如果没有，执行步骤S960。
在步骤S960，主网络存储设备根据各个网络存储设备的工作状态信息中的负荷参数指定负责该全局卷访问的网络存储设备。
在步骤S970，负责该全局卷访问的网络存储设备根据全局卷与本地卷的映射关系执行对该全局卷的访问操作。
负责该全局卷访问的网络存储设备先根据全局卷与本地卷的映射关系将对该全局卷的访问分解为对一个或者一个以上本地卷的访问；之后向这些本地卷所在的网络存储设备发送本地卷访问请求；接收到本地访问请求的网络存储设备执行本地卷访问操作并将操作结果返回至访问请求方；负责该全局卷访问的网络存储设备将本地卷访问结果组合为对该全局卷的访问结果并将其返回至发起访问的访问客户端。
在步骤S980，当主网络存储设备发生故障无法正常工作时，其他网络存储设备通过交互的工作状态信息可以得知主网络存储设备失效，此时由其中之一升级为主网络存储设备，并接替失效的主网络存储设备的工作。
对iSCSI网络存储系统，某个网络存储设备升级为主网络存储设备时，在其上配置该网络存储系统的虚拟IP地址，以接收访问客户端对全局卷的首次访问。
结合前述四个实施例可知，当网络存储系统中只有一个设备管理单元，并且预先指定负责各个全局卷的访问操作的网络存储设备时，步骤S930、S950至S970都可以省略。
在上述四个实施例中，通过将对网络存储系统全局卷的访问分散在各个包括全局卷管理单元的网络存储设备上，使得对全局卷访问的处理能力可以随着网络存储系统容量的扩大而增长。同时，由于本发明不需要改动现有网络存储系统的硬件架构和连接方式，可以只通过网络存储设备上的软件实现，从而将多个普通的网络存储设备高效地集成在一起，在提供存储容量的同时提高了系统的冗余度，增强了可靠性。对前三个实施例，本发明的网络存储系统省略了现有技术中的存储服务器，简化了网络结构，使得网络存储系统更易于管理，降低了构建和维护的成本。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (24)

1. 一种虚拟化网络存储系统，其特征在于，包括连接至同一存储区域网络SAN的至少两个网络存储设备，其中：
至少一个网络存储设备包括设备管理单元，用来维护全局卷与各个网络存储设备本地卷的映射关系，将对全局卷的访问重定向至该全局卷对应的全局卷管理单元所在的网络存储设备；
至少一个网络存储设备包括全局卷管理单元，用来根据全局卷与本地卷的映射关系执行对全局卷的访问操作。
2. 如权利要求1所述的虚拟化网络存储系统，其特征在于：当超过一个网络存储设备包括设备管理单元时，其中一个为主设备管理单元，用来进行对全局卷访问的重定向并同步设备管理单元或全局卷管理单元所在的网络存储设备上全局卷与本地卷的映射关系；其余为备份设备管理单元，用来在主设备管理单元工作故障时将其中之一升级为主设备管理单元。
3. 如权利要求1或2所述的虚拟化网络存储系统，其特征在于：至少一个全局卷具有一个主全局卷管理单元和至少一个备份全局卷管理单元，其中主全局卷管理单元用来执行对该全局卷的访问；备份全局卷管理单元用来在主全局卷管理单元工作故障时将其中之一升级为主全局卷管理单元；
当全局卷管理单元发生主备切换后，设备管理单元将对该全局卷的访问重定向至当前主全局卷管理单元。
4. 一种虚拟化网络存储系统，其特征在于，包括连接至同一SAN的至少两个网络存储设备，每个网络存储设备均包括设备管理单元和全局卷管理单元，其中：
设备管理单元用来交互其所在网络存储设备的状态信息；其中一个为主设备管理单元，用来同步各个网络存储设备上全局卷与本地卷的映射关系，将对全局卷的访问重定向至该全局卷对应的全局卷管理单元所在的网络存储设备；其余为备份设备管理单元，用来在主设备管理单元工作故障时将其中之一升级为主设备管理单元；
全局卷管理单元用来根据全局卷与本地卷的映射关系执行对全局卷的访问操作。
5. 如权利要求4所述的虚拟化网络存储系统，其特征在于：所述设备管理单元之间交互的状态信息中包括网络存储设备的负荷参数；
相应地，所述在主设备管理单元将对全局卷的访问重定向至该全局卷对应的全局卷管理单元所在的网络存储设备之前，主设备管理单元还用于根据负荷参数选择网络存储设备的全局卷管理单元作为被访问的全局卷的全局卷管理单元。
6. 如权利要求5所述的虚拟化网络存储系统，其特征在于：所述被访问全局卷的全局卷管理单元和与该全局卷具有映射关系的本地卷在同一个网络存储设备上。
7. 如权利要求4至6任意一项所述的虚拟化网络存储系统，其特征在于：所述网络存储设备采用网际小型机系统接口iSCSI协议；主设备管理单元所在网络存储设备具有用于接收对全局卷访问的虚拟网络地址；所述对全局卷访问的重定向通过iSCSI重定向协议实现。
8. 如权利要求7所述虚拟化网络存储系统，其特征在于：所述每个网络存储设备还包括数据访问管理单元，用来作为不同网络存储设备间本地卷访问的通信接口，按照预定协议转发和接收全局卷管理单元对位于不同网络存储设备上的本地卷的访问请求和访问结果。
9. 如权利要求4所述虚拟化网络存储系统，其特征在于：所述全局卷与本地卷的映射关系通过嵌入式数据库实现。
10. 一种应用于虚拟化网络存储系统的网络存储设备，其特征在于，包括设备管理单元，用来与其他网络存储设备交互虚拟化存储系统的工作信息，将对全局卷的访问重定向至执行该全局卷访问操作所对应的全局卷管理单元所在的网络存储设备；所述工作信息交互包括同步虚拟化网络存储系统的全局卷与本地卷的映射关系。
11. 如权利要求10所述应用于虚拟化网络存储系统的网络存储设备，其特征在于：所述网络存储设备还包括全局卷管理单元，用来根据全局卷与本地卷的映射关系执行对全局卷的访问操作。
12. 如权利要求10或11所述应用于虚拟化网络存储系统的网络存储设备，其特征在于：所述虚拟化存储系统的工作信息中包括网络存储设备的负荷参数；
相应地，所述在设备管理单元将对全局卷的访问重定向至执行该全局卷操作所对应的全局卷管理单元所在的网络存储设备之前，还包括：所述执行全局卷访问的网络存储设备由所述设备管理单元根据各个网络存储设备的当前负荷参数确定。
13. 如权利要求12所述应用于虚拟化网络存储系统的网络存储设备，其特征在于：所述网络存储设备采用iSCSI协议；
所述网络存储设备具有至少两个网际协议IP地址，一个为网络存储系统的虚拟IP地址，用于对网络存储系统全局卷的首次访问；另一个为该网络存储设备本身的IP地址，用于进行iSCSI协议重定向后对全局卷的后续访问。
14. 如权利要求13所述应用于虚拟化网络存储系统的网络存储设备，其特征在于：所述网络存储设备还包括数据访问管理单元，用来按照预定协议转发和接收全局卷管理单元对位于不同网络存储设备上的本地卷的访问请求以及访问结果。
15. 一种应用于虚拟化网络存储系统的网络存储设备，其特征在于，包括设备管理单元和全局卷管理单元，其中：
设备管理单元用来与虚拟化网络存储系统的其他网络存储设备交互虚拟化网络存储系统的工作信息，其中包括全局卷与各个网络存储设备本地卷的映射关系；
全局卷管理单元用来根据全局卷与本地卷的映射关系执行对全局卷的访问操作。
16. 如权利要求15所述虚拟化网络存储系统的网络存储设备，其特征在于：所述网络存储设备还包括数据访问管理单元，用来按照预定协议转发和接收全局卷管理单元对位于不同网络存储设备上的本地卷的访问请求以及访问结果。
17. 如权利要求15或16所述虚拟化网络存储系统的网络存储设备，其特征在于：所述虚拟化网络存储系统的工作信息中还包括网络存储设备的负荷参数。
18. 一种虚拟化网络存储系统，其特征在于，包括存储管理装置和至少两个网络存储设备，其中：
存储管理装置用来维护网络存储系统的全局卷与各个网络存储设备本地卷的映射关系，将对全局卷的访问重定向至该全局卷对应的全局卷管理单元所在的网络存储设备；
至少一个网络存储设备包括全局卷管理单元，用来根据全局卷与本地卷的映射关系执行对全局卷的访问操作。
19. 一种网络存储系统的虚拟化方法，该网络存储系统包括至少2个网络存储设备，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
确定一个网络存储设备作为主网络存储设备；
主网络存储设备接收到对全局卷的访问后，将其重定向至负责该全局卷访问操作所对应的全局卷管理单元所在的网络存储设备；
负责该全局卷访问的网络存储设备根据全局卷与各个网络存储设备本地卷的映射关系执行对该全局卷的访问操作。
20. 如权利要求19所述网络存储系统的虚拟化方法，其特征在于，所述方法还包括：主网络存储设备同步各个网络存储设备上全局卷与本地卷的映射关系。
21. 如权利要求20所述网络存储系统的虚拟化方法，其特征在于，所述方法还包括：各个网络存储设备间交互其工作状态信息；
所述方法还包括：主网络存储设备发生故障时，由其他网络存储设备中的一个接替其工作。
22. 如权利要求21所述网络存储系统的虚拟化方法，其特征在于：所述工作状态信息中包括网络存储设备的负荷参数；
所述方法在网络存储设备进行全局卷访问的重定向前还包括：如果当前没有网络存储设备负责该全局卷的访问时，主网络存储设备根据负荷参数指定负责该全局卷访问的网络存储设备。
23. 如权利要求21所述网络存储系统的虚拟化方法，其特征在于：所述网络存储设备采用iSCSI协议；
所述主网络存储设备具有用于接收对网络存储系统全局卷访问的虚拟IP地址；
所述主网络存储设备发生故障时，其他网络存储设备之一接替其工作包括：将原主网络存储设备的虚拟IP地址配置在接替其工作的网络存储设备上。
24. 如权利要求19至23任意一项所述网络存储系统的虚拟化方法，其特征在于，所述负责该全局卷访问的网络存储设备执行对该全局卷的访问操作具体为：
根据全局卷与本地卷的映射关系将对该全局卷的访问分解为对至少一个本地卷的访问；
向要访问的本地卷所在的网络存储设备发送本地卷访问请求；
将接收的本地卷访问结果组合为对该全局卷的访问结果并将返回访问结果。
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