CN100452795C

CN100452795C - 利用iSCSI协议访问逻辑设备的方法

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Publication number: CN100452795C
Application number: CNB2004100019714A
Authority: CN
Inventors: 刘文涵; 陈玄同; 林宏旭
Original assignee: Inventec Corp
Current assignee: Inventec Corp
Priority date: 2004-01-16
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2024-01-16
Also published as: CN1642170A

Abstract

一种利用iSCSI协议访问逻辑设备的方法，其可实现发起设备(Initiator)到逻辑目标设备(Target)的数据传输，首先赋予每个逻辑目标设备文件一组ID与逻辑单元号LUN，然后等待Initiator与Target的连接，连接发生与建立后，自连接中提取SCSI协议数据单元PDU，再从SCSI PDU中提取SCSICDB，确定SCSI CDB中的ID与LUN对应的设备文件后，根据SCSI指令对设备文件进行相应处理，并制造出相应的响应，最后将响应构造成SCSICDB放入连接中回送至Initiator。

Description

利用iSCSI协议访问逻辑设备的方法

技术领域

本发明涉及一种iSCSI协议实现方法，特别是涉及一种利用iSCSI协议访问逻辑设备的方法。

背景技术

iSCSI(互联网小型计算机系统接口)，即internet SCSI，是一种在Internet协议网络上，特别是以太网上进行数据块传输的标准。从根本上说，iSCSI协议是一种跨过IP网络来传输潜伏时间短的SCSI数据块的方法。

SCSI(小型计算机系统接口)是一种广泛使用的连接硬盘和计算机的技术标准，iSCSI这种技术则是将该技术应用到网络连接上。SCSI是一个在物理设备(如驱动器、打印机、计算机等等)之间通信的面向数据块的客户机/服务器的I/O协议。发送一个SCSI指令的设备叫做发起设备(Initiator)，也就是发出存取数据要求的一方，通常为服务器端或使用者计算机。接收并响应要求的一方为目标设备(Target)，通常为储存设备端。发起设备负责发送命令数据块(Command Data Block，CDB)，命令数据块中包含有必须由接收CDB的目标设备执行的参数。SCSI传输器把这些CDB消息映像为物理的互联以传播这些信息。发起设备将SCSI任务发送给目标设备以执行一次OS级数据传输操作。一个目标设备有一个或多个逻辑单元处理发起设备的请求命令，每个逻辑单元被分配给一个标示编号或逻辑单元号(LogicalUnit Numbers，LUN)。每个包含处理命令的逻辑单元都被包含在一个CDB中，并由发起设备向目标设备特定的逻辑单元发送。例如：发起者请求读取指定的数据块，目标设备的逻辑单元向发设备传送相应的数据块，并通过中断状态指明请求已完成。而iSCSI的主要任务是，通过IP网络在发起设备和目标设备之间完成CDB的封装、可靠转送等处理。

iSCSI协议实现了在TCP/IP网络上传输SCSI指令，使用户能够通过目前最被广泛使用的以太网来访问在网络任何地点服务器上的块(block)存储设备。这些存储设备可为硬盘、CD-ROM或其它硬件设备，但这些设备必须都能够执行SCSI指令。

在Linux中，几乎所有的硬件设备都有其相应的设备文件，如硬盘、CPU等等，并且许多生成的设备如磁盘冗余数组(Raid)也会有其对应的设备文件。而Linux内核通过设备文件和进程对话，所以内核中的设备驱动程序可以通过它们和物理设备通信或执行指令。

请参见图1，目前在Linux下，此协议的大部分的目标设备120端的实现办法都是写成一个Linux kernel module(内核模块)，经编译后装载到内核之中，然后此Module便会在内核中充当网络子系统(Network Subsystem)121和SCSI子系统(SCSI Subsystem)123的桥梁。iSCSI协议就是一个在网络上封包和解包的过程，在网络的一端，数据包被封装成包括TCP/IP头、iSCSI识别包和SCSI数据的三部分内容，传输到网络另一端时，这三部分内容分别被顺序地解开。

首先从网络子系统121中取得从发起设备110传来的iSCSI PDU(协议数据单元)，然后根据在PDU中不同的iSCSI指令，做相应的处理及响应，然后传回网络子系统121。有很多PDU包含SCSI CDB，而这些CDB便会递交至SCSI子系统123去处理，而处理完后的响应便会以CDB的形式传递上来，iSCSI模块122便再做相关的处理，然后再将这些PDU传送至网络子系统121。因此，目前的模块(Module)只能将SCSI物理设备，如驱动器、打印机、计算机等等，提供给用户来使用。但若服务器为了性能、容错、扩展性或方便管理的目的，通常会构造出一些逻辑设备(或称为虚拟设备)，例如将硬盘重新组织为其它方式(如RAID)、逻辑卷等，并想将这些方式通过Module提供给用户来使用，这在iSCSI协议中是不能直接做到的。

发明内容

有鉴于此，本发明为解决上述问题而提出一种利用iSCSI协议访问逻辑设备的方法，主要目的在于：使iSCSI协议不仅仅只能提供给SCSI物理设备，也可将RAID、逻辑卷等这样的逻辑设备提供给用户，从而实现发起设备与逻辑目标设备之间的通信。

所以为达到上述目的，本发明中提供一种利用iSCSI协议访问逻辑设备的方法，其可实现发起设备到逻辑目标设备的数据传输，其中包括如下步骤：

赋予每个逻辑目标设备文件一组ID与逻辑单元号；

接收该发起设备的访问请求，同时建立该发起设备与该逻辑目标设备的连接；

自该连接中提取iSCSI协议数据单元；

自该协议数据单元中提取SCSI命令数据块；

确定与该命令数据块中的ID和逻辑单元号相对应的逻辑目标设备文件，同时根据该命令数据块中的SCSI指令，对该逻辑目标设备文件进行相应处理，并制造出相应的响应；及

将该响应构造成iSCSI协议数据单元，放入连接中，回送至该发起设备。

本发明的利用iSCSI协议访问逻辑设备的方法使iSCSI协议不仅仅只能提供SCSI物理设备，也可将RAID、逻辑卷等逻辑设备，提供给用户使用，因此用户可直接享受到服务器带来的便利及性能的提升，而不用在自己本机上多增加硬件设备。从而可以降低成本，也可以降低管理的复杂度。充分利用了存储容量、集中管理存储、降低了存储成本。

有关本发明的详细内容及技术，现结合附图说明如下。

附图说明

图1为iSCSI协议实现过程的示意图；

图2为本发明利用iSCSI协议访问逻辑设备的方法的总体流程图；

图3为本发明初始化的流程图；

图4为本发明处理SCSI CDB的流程图；及

图5为本发明实施例的ISCSI协议下逻辑卷实现方法的流程图。

图中标号说明：

110 发起设备

120 目标设备

121 网络子系统

122 iSCSI模块

123 SCSI子系统

步骤210赋予每个目标设备文件一组ID与逻辑单元号

步骤220接收该发起设备的访问请求，同时建立该发起设备与该目标设备的连接

步骤230自该连接中提取SCSI协议数据单元

步骤240自该协议数据单元中提取SCSI命令数据块

步骤250确定该命令数据块中的ID与逻辑单元号对应的设备文件，同时根据该命令数据块中的SCSI指令，对该设备文件进行相应处理，并制造出相应的响应

步骤260将该响应构造成SCSI协议数据单元放入连接中回送至该发起设备

步骤301打开设备文件

步骤302赋予设备文件ID与LUN

步骤303创建守护进程处理SCSI CDB

步骤304创建守护进程建立连接

步骤4100有下一个iSCSI PDU？

步骤4200SCSI指令从SCSI CDB中被提取

步骤4300辨别命令对象与种类

步骤4310指令为INQUIRY？

步骤4311种类设定为Disk

步骤4312制造相应的响应

步骤4320指令为READ？

步骤4321调用函数得到Data

步骤4330指令为READ CAPACITY？

步骤4331计算容量

步骤4340指令为WRITE？

步骤4341调用函数写入Data

步骤4400响应与Data被做成iSCSI PDU

步骤4500将iSCSI PDU放入连接中传送

步骤5100有下一个iSCSI PDU？

步骤5200SCSI指令从SCSI CDB中被提取

步骤5300辨别命令对象与种类

步骤5310指令为INQUIRY？

步骤5311种类设定为Disk

步骤5312制造相应的响应

步骤5320指令为READ？

步骤5321调用逻辑卷函数得到Data

步骤5330指令为READ CAPACITY？

步骤5331计算逻辑卷容量

步骤5340指令为WRITE？

步骤5350其它

步骤5341调用逻辑卷函数写入Data

步骤5400响应与Data被做成iSCSI PDU

步骤5500将iSCSI PDU放入连接中传送

具体实施方式

随着计算机系统和存储设备的管理员时常被日益膨胀的数据量和不断变化的数据存储需求所困扰，很多人开始考虑采用虚拟存储解决方案。虚拟存储，将大量不同的物理存储网络和装置，出于管理的目的，从逻辑上整合成一个逻辑设备的过程，目的是帮助企业扩充、集中并简化大部分存储设备。本发明使用iSCSI协议不仅可以应用在物理设备之间的通信，而且还可以实现像逻辑卷、Raid这样的逻辑设备的通信。

iSCSI使我们可以用以太网来构建IP存储局域网。通过这种方法，iSCSI克服了直接连接存储的局限性，使我们可以跨不同服务器共享存储资源，并可在不停机状态下扩充存储容量。iSCSI系统由一块SCSI卡(大部分实现方式为虚拟SCSI卡)发出一个SCSI指令，指令被封装到信息包中并发送。接收方从信息包中抽取SCSI指令并执行，然后把返回的SCSI响应和数据封装到IP信息包中，并将它们发回到发送方。系统抽取数据或指令，并把它们传回SCSI子系统。

本发明SCSI CDB便不传交给SCSI子系统来处理，而是在模块(module)中解开SCSI CDB然后根据SCSI指令在module中处理。

请参见图2，该图为本发明利用iSCSI协议访问逻辑设备的方法的总体流程图。如图所示，首先赋予每个逻辑目标设备文件一组ID与逻辑单元号(步骤210)，接收该发起设备的访问请求，同时建立该发起设备与该逻辑目标设备的连接(步骤220)，自该连接中提取SCSI协议数据单元(步骤230)，自该协议数据单元中提取SCSI命令数据块(步骤240)，确定与该命令数据块中的ID与逻辑单元号相对应的逻辑目标设备文件，同时根据该命令数据块中的SCSI指令，对该逻辑目标设备文件进行相应处理，并制造出相应的响应(步骤250)，将该响应构造成SCSI协议数据单元，放入连接中，回送至该发起设备(步骤260)。

本发明在Linux下使iSCSI协议将设备文件当物理硬盘使用。请参见图3，该图是本发明初始化的流程图。加载module时，各设备文件首先被打开(步骤301)，每个设备文件被赋予一组ID与逻辑单元号(LUN：logical unitnumber，LUN)(步骤302)，同时启动守护进程一(负责处理创建连接)(步骤303)和守护进程三(解释和处理SCSI CDB)(步骤304)，然后等待起动设备的访问。

一个“守护进程”(即守护程序进程)通常为一个后台进程，而且它不属于任何一个终端会话(terminal session)。许多系统服务由守护程序实施，如网络服务，打印等。

发起设备访问时，守护进程一从内核接受来自发起设备的套接字(socket)(从发起设备来的参数也包含在其中)，而后守护进程一建立连接并将套接字(Socket)置于连接(Connection)中，随后依次创建守护进程四(回送iSCSI PDU给发起设备)与守护进程二(处理从发起设备来的iSCSIPDU)，建立的连接被转交至守护进程四和守护进程二。每当有新的访问时，此过程便会循环一次。

然后守护进程二从连接中提取iSCSI PDU的头(header)，而后根据header中的指令，作相应的处理。指令可分两类，第一种为SCSI硬盘的IO或对SCSI硬盘状态的请求；第二种为其它请求，如对iSCSI目标设备(target)状态的请求、参数的交换、登录等等。若为第一种指令时，SCSI CDB被提取出来，然后交给守护进程三处理；若为其它请求，则根据不同的指令，做出不同的响应。请参见图4，若有下一个iSCSI PDU(步骤4100)，守护进程三从连接的SCSI CDB中提取SCSI指令，确定对哪个ID与LUN的指令(步骤4200)，并辨别是为哪一种指令(步骤4300)，SCSI指令包括INQUIRY、READ、READ CAPACITY以及WRITE等。若为INQUIRY(步骤4310)，响应的种类要设定为disk(步骤4311)，相应的响应被制造出来(步骤4312)，响应包含设备的种类、厂商数据、产品数据；若为READ(步骤4320)，调用逻辑目标设备文件的寻找和读取函数得到数据(Data)(步骤4321)，相应的响应被制造出来；若为READ CAPACITY(步骤4330)，逻辑目标设备的容量被计算出来(步骤4331)，相应的响应跟着被制造出来；若为WRITE(步骤4340)，调用逻辑目标设备文件的寻找和存写函数写入数据(Data)(步骤4341)，相应的响应被制造出来；若为其它指令如MODESENSE、REPORT LUNS、START STOP UNIT、TEST UNIT READY、VERIFY等等，相应的响应被制造出来。随后响应被做成iSCSI PDU(步骤4400)，如果有数据(Date)，则响应与数据(Data)被做成iSCSI PDU，然后放回连接中等待传送(步骤4500)，等待守护进程四处理。每当有新的SCSI指令时，此过程便会循环一次。另外每当有新的iSCSI PDU时，守护进程四便会从连接中将iSCSI PDU传回发起设备。如需要卸载module，所有资源被清除，各守护进程被关闭。

应用本发明的利用iSCSI协议访问逻辑设备的方法，可将Raid、逻辑卷(logical volume)等提供给用户使用，下面以磁盘阵列系统中iSCSI协议下的逻辑卷实现方法为例，对本发明进行详细说明。

像磁盘一样逻辑卷可以保留文件系统、原始数据区、转储区或交换区。与磁盘不同的是，当创建逻辑卷并随后扩展其大小时，逻辑卷可以选择大小。也可以通过多块磁盘来扩展逻辑卷。

首先初始化阶段打开逻辑卷的设备文件，赋予一组ID与LUN于此设备文件，创建SCSI CDB处理守护进程以及连接守护进程。请参见图5，该图是本发明实施例的逻辑卷实现方法中处理SCSI CDB的流程图。当有iSCSIPDU时(步骤5100)，提取SCSI命令(步骤5200)，辨别命令对象与种类(步骤5300)。若为INQUIRY(步骤5310)，设定响应中的种类为disk(步骤5311)，制造出相应的响应(步骤5312)，设定厂商数据、产品数据。若为READ(步骤5320)，则调用逻辑卷的寻找和读取函数得到数据(Data)(步骤5321)并制造相应的响应。若为READ CAPACITY(步骤5330)，则计算此逻辑卷的容量(步骤5331)并制造相应的响应。若为WRITE(步骤5340)，则调用逻辑卷的寻找和存写函数写入数据(Data)(步骤5341)并制造相应的响应。若为其它指令(步骤5350)，如MODE SENSE、REPORT LUNS、START STOPUNIT、TEST UNIT READY、VERIFY等等，则制造相应的响应(步骤5312)。随后制作iSCSI PDU，其包含响应以及数据(Data)(步骤5400)，再将iSCSIPDU放回连接中等待传送(步骤5500)。

虽然本发明以前述的较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明，因此熟悉该项技术的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应以权利要求书所界定的范围为准。

Claims

1、一种利用iSCSI协议访问逻辑设备的方法，其可实现发起设备到逻辑目标设备的数据传输，其中包括如下步骤：

赋予每个逻辑目标设备文件一组ID与逻辑单元号；

自该连接中提取iSCSI协议数据单元；

自该协议数据单元中提取SCSI命令数据块；

2、如权利要求1所述的利用iSCSI协议访问逻辑设备的方法，其中还包括在赋予每个逻辑目标设备文件一组ID与逻辑单元号之后，建立该发起设备与该逻辑目标设备的连接之前，从内核中接收来自发起设备的套接字，并将该套接字置于该连接中的步骤。

3、如权利要求1所述的利用iSCSI协议访问逻辑设备的方法，其中所述逻辑目标设备为逻辑卷。

4、如权利要求1所述的利用iSCSI协议访问逻辑设备的方法，其中所述逻辑目标设备为磁盘冗余数组。

5、如权利要求1所述的利用iSCSI协议访问逻辑设备的方法，其中所述SCSI指令包括INQUIRY、READ、READ CAPACITY以及WRITE。

6、如权利要求5所述的利用iSCSI协议访问逻辑设备的方法，其中所述SCSI指令若为INQUIRY，则响应的种类设定为Disk。

7、如权利要求5所述的利用iSCSI协议访问逻辑设备的方法，其中所述SCSI指令若为READ，则调用逻辑目标设备文件的函数得到数据。

8、如权利要求5所述的利用iSCSI协议访问逻辑设备的方法，其中所述SCSI指令若为READ CAPACITY，则计算逻辑目标设备的容量。

9、如权利要求5所述的利用iSCSI协议访问逻辑设备的方法，其中所述SCSI指令若为WRITE，调用逻辑目标设备文件的寻找和存写函数写入数据。

10、如权利要求5所述的利用iSCSI协议访问逻辑设备的方法，其中所述将该响应构造成iSCSI协议数据单元的步骤为如果有数据，将该响应与数据构造成iSCSI协议数据单元。