CN100555206C - 一种绑定计算资源和存储资源的装置 - Google Patents

Abstract

一种绑定计算资源和存储资源的装置和方法，包括：本地存储协议接口模块，与主机进行数据和命令的传输；网络协议接口模块，与存储设备进行数据和命令的传输；数据格式转换模块，用于对本地存储协议接口模块和网络协议接口模块接收到的命令和/或数据进行格式转换；主机接口模块，实现和主机接口之间电气接口的匹配和数据/命令传输；提供主机可访问的程序存储器接口，并且可以通过对所述数据格式转换模块的配置信息和数据信息进行读写操作，实现对存储资源查找和绑定。本发明在保留原由动态配置、软件环境无关的优点的情况下，简化了资源配置过程，减低了实现成本和设计的复杂度，提高了装置的性能可扩展性。

Description

一种绑定计算资源和存储资源的装置

技术领域

本发明涉及计算机信息处理技术领域，更具体地说，本发明涉及一种计算资源和存储资源分离时实现计算资源和存储资源绑定的装置。

背景技术

通常在计算机中，将存储数据的磁盘称为存储资源，将计算机的其余部分合起来称为计算资源，传统的计算机工作模式中，计算资源和存储资源通过内部总线绑定在一起，计算资源和存储资源的使用也紧密结合在一起。用户使用一台计算机，必须使用内部的磁盘作为程序和数据的载体；反之，如果用户需要若干磁盘存储资源，就必须访问磁盘所属的计算机。在实际应用中，不同用户对计算资源和存储资源的需求是不同的，但由于计算资源和存储资源绑定在一起，二者在性能、功能、成本和管理上互相牵制，增加系统的成本并且系统欠缺灵活性。

如果系统中计算资源和存储资源可以拆分和动态重构，用户就可以根据自身的应用需求的特点，对计算资源和存储资源动态组合。高速网络连接技术的产生，使计算机可以通过网络远程访问存储设备，为所有的计算机提供存储服务，为计算资源和存储资源的分离的工作模式提供了物理上的保证。

在同一申请人提出的申请号为200410047935.1的“一种绑定计算资源和存储资源的装置”中，提出了一种可以把网络存储设备池中的存储资源映射为用户主机的本地存储设备的装置。实现了计算资源和存储资源的动态配置组合的功能，解决了传统的本地存储不能动态配置的问题和无盘工作站模式的软件环境兼容性问题。

但是，在上述发明申请的实现结构中，由于存储数据访问通道和存储资源的配置通道都通过主机的存储设备访问接口(如IDE接口)，产生了下面的问题：

1、通用计算机结构中，存储设备接口主要用于数据访问，通过存储设备访问接口进行控制访问的信息量少，交互性差，没有标准协议，只能实现本地磁盘启动扇区等简单的系统启动机制，复杂的资源配置和管理流程的实现比较困难；

2、在计算机启动顺序中，存储设备是最后启动的设备，如果将存储设备动态配置和变更的代码通过存储接口实现，由于配置绑定后存储设备有变更，必然需要通过第二次启动来完成目标存储设备的连接，用户操作复杂，操作容易失误；

3、复杂的配置过程完全由装置完成，要求装置中必须包含可以执行程序的嵌入式微处理器，以及相关外围器件，增加了设计的复杂度和实现的成本；

4、嵌入式微处理器的控制处理能力比较强，而大批量数据处理能力比较弱，限制了数据访问性能的提升，如果为提升性能而增加专用数据处理加速部件，则微处理器的作用只限于动态配置阶段，大部分工作时间闲置，造成资源的浪费。

发明内容

为克服现有计算资源和存储资源分离时绑定的低效率、高成本和高功耗的缺陷，本发明提出一种绑定计算资源和存储资源的装置。

根据本发明的一个方面，提出了一种绑定计算资源和存储资源的装置，包括：

本地存储协议接口模块、网络协议接口模块、数据格式转换模块和主机接口模块；

其中，所述本地存储协议接口模块，与主机连接，用于和主机之间电气接口的匹配和磁盘接口器件的状态转换，与主机进行数据和命令的传输；

所述网络协议接口模块，与存储设备池连接，用于和存储设备池之间电气接口的匹配和磁盘接口器件的状态转换，与存储设备池中的存储设备进行数据和命令的传输；

所述数据格式转换模块，分别与所述本地存储协议接口模块和所述网络协议接口模块连接，用于对本地存储协议接口模块和网络协议接口模块接收到的命令和/或数据进行格式转换，并将转换后的命令和/或数据相应发送至网络协议接口模块和本地存储协议接口模块；

所述主机接口模块，分别与主机接口和数据格式转换模块连接，用于实现和主机接口之间电气接口的匹配和数据/命令传输；主机访问包含所述装置的启动程序的存储器实现所述装置的启动，并且可以通过读写所述数据格式转换模块中的数据信息和对包括绑定关系的配置信息进行写操作，实现对存储设备的绑定和存储资源的查找。

其中，主机可执行的启动程序的存储器位于所述主机接口模块中，当主机启动时检测到所述装置，所述主机确认所述存储器包含启动程序，所述主机可以选择所述装置通过所述启动程序启动。

其中，所述存储设备池为一个或多个标准网络存储设备的集合，所述网络协议接口模块为标准的网络接口。

其中，所述数据格式转换模块将主机发出的磁盘接口命令和数据转化为存储设备池中的存储设备可识别的、对存储设备池的访问命令和数据。

其中，当存储设备池为标准的网络存储设备时，所述数据格式转换模块将主机发出的磁盘接口命令和数据转化成符合标准网络存储协议的数据格式。

其中，所述数据格式转换模块将存储设备池中存储设备返回的命令和数据转化为主机可识别的、对主机的访问命令和数据，其中，所述主机可识别的、对主机的访问命令和数据为符合标准磁盘协议的数据格式。

其中，所述主机接口模块包括主机可执行程序存储器和主机可存取功能寄存器，所述主机可执行程序存储器中存储有通过主机执行的所述启动程序，所述主机可存取功能寄存器用于读写所述数据格式转换模块的数据信息和获取存储设备池的配置信息。

其中，所述主机通过主机接口读取所述主机可执行程序存储器中的程序并执行该程序，所述主机接口可以为PCI接口。

其中，所述主机接口模块提供主机可访问的数据寄存器接口，主机可以通过所述主机接口模块对所述数据格式转换模块的数据寄存器读写。

其中，所述主机通过读写所述数据格式转换模块的数据寄存器，可以实现对存储设备池的数据/命令传输，并且所述主机通过访问存储设备池，可以获得存储设备池的配置信息，实现对存储资源的查找。

其中，所述主机接口模块提供主机可访问的配置寄存器接口，主机通过所述主机接口模块对所述数据格式转换模块的配置寄存器读写。

其中，主机通过写所述数据格式转换模块的配置寄存器，可以配置所述数据格式转换模块的工作参数，实现所述本地存储协议接口模块与存储设备池的映射和绑定。

其中，所述本地存储协议接口模块连接的本地存储协议接口包括并行IDE(ATA)接口、串行IDE(ATA)接口以及具有数据访问功能的其它主机接口；所述主机接口模块连接的主机接口包括PCI接口、PCI-X和PCI Express接口以及具有可启动功能的其它主机接口。

根据本发明的另一方面，提供了一种使用上述装置进行计算资源和存储资源绑定的方法，包括：

步骤10)、当用户主机启动操作系统前检测到所述装置时，用户主机读取所述装置的启动程序，实现所述装置在用户主机中的启动；

步骤20)、主机通过所述主机接口模块向所述数据格式转换模块的配置寄存器写入数据的配置信息，在主机与存储设备之间建立绑定；

步骤30)、所述主机接口模块读写所述数据格式转换模块的数据寄存器，获得存储设备池的配置信息，实现对存储资源的查找。

其中，步骤10)中，所述启动程序包括在所述主机接口模块的存储器中，当主机启动时检测到所述装置，所述主机确认所述存储器包含启动程序，选择所述装置通过所述启动程序启动。

其中，步骤20)中，主机通过写所述数据格式转换模块的配置寄存器，可以配置所述数据格式转换模块的工作参数，实现所述本地协议存储接口模块与存储设备池的映射和绑定。

其中，步骤30)中，所述主机接口模块提供主机可访问的数据寄存器接口，主机通过所述主机接口模块对所述数据格式转换模块的数据寄存器读写。

其中，步骤30)还包括：所述主机通过读写所述数据格式转换模块的数据寄存器，可以实现对存储设备池的数据/命令传输，并且所述主机通过访问存储设备池，可以获得存储设备池的配置信息，实现对存储资源的查找。

本发明提出了存储资源配置通道和数据访问通道相互独立的装置实现结构，在保留原由动态配置、软件环境无关的优点的情况下，简化了资源配置过程，减低了实现成本和设计的复杂度，提高了装置的性能可扩展性。

附图说明

图1为绑定计算资源和存储资源的装置的组成结构图；

图2为绑定计算资源和存储资源的装置的运行流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种实现计算资源和存储资源分离时动态绑定计算资源和存储资源的装置进行详细描述。

在根据本发明的一个实施例中，基于申请号200410047935.1、名称为“一种绑定计算资源和存储资源的装置”的发明专利申请，在原发明申请的结构中去除带有程序存储器的微处理器，采用可编程逻辑器件实现本地存储协议接口模块、网络协议接口模块和数据格式转换模块，并且添加主机接口模块和主机可启动程序存储器，用来完成动态绑定和查找定位功能。

本装置包含本地存储协议接口模块、网络协议接口模块、主机接口模块和数据格式转换模块四部分，各部分之间的连接关系如图1所示。

本地存储协议接口模块，在工作时与主机连接，本地存储协议接口模块用于面向主机在硬件级别上模拟一个磁盘接口，实现磁盘接口的功能，包括和主机之间电气接口的匹配和磁盘接口器件的状态转换；本装置通过该本地存储协议接口模块与主机进行数据和命令的通信。

网络协议接口模块，在工作时与存储设备池连接。该网络协议接口模块用于实现和存储设备池之间电气接口的匹配和磁盘接口器件的状态转换。本装置通过网络协议接口模块与存储设备池中的存储设备进行数据和命令的通信。在一个实施例中，存储设备池为至少一个标准的网络存储设备或多个标准网络存储设备的集合，网络协议接口模块为一个标准的网络接口。

数据格式转换模块，分别与本地存储协议接口模块和网络协议接口模块连接，用于对本地存储协议接口模块和网络协议接口模块接收到的命令和/或数据进行格式转换，并将转换后的命令和/或数据相应发送至网络协议接口模块和本地存储协议接口模块。具体地说，该数据格式转换模块包括如下两个功能：

(1)、将主机发出的磁盘接口命令和数据转化为对存储设备池的访问命令和数据，以便存储设备池中的存储设备识别；在一个实施例中，当存储设备池为标准的网络存储设备时，数据格式转换模块将主机发出的磁盘接口命令和数据转化成符合标准网络存储协议的数据格式；

(2)、将存储设备池中存储设备返回的命令和数据转化为对主机的访问命令和数据，以便主机识别；通常，数据格式转换模块将存储设备返回的命令和数据转化为符合标准磁盘协议的数据格式。

主机接口模块，包括主机可执行程序存储器(简称程序存储器)和主机可存取功能寄存器(简称寄存器)，程序存储器中存储有实现启动的可执行程序。主机接口模块分别与主机接口和数据格式转换模块连接。该主机接口模块用于实现和主机扩展接口之间电气接口的匹配和数据/命令传输。具体地说，该主机接口模块包括如下三个功能：

(1)、提供主机可访问的程序存储器接口和主机可执行的程序，在一个实施例中，该主机接口为PCI接口，主机通过该主机接口读取该程序存储器中的程序并执行该程序。

(2)、提供主机可访问的数据寄存器接口。在一个实施例中，主机通过该主机接口模块进行数据格式转换模块的数据寄存器的读写操作。通过读写数据格式转换模块的数据寄存器，主机可以通过数据格式转换模块向网络协议接口模块发送/接收数据，实现对存储设备池的数据/命令传输。通过访问存储设备池，主机可以获得存储设备池的配置信息，完成存储资源的查找定位。

(3)、提供主机可访问的配置寄存器接口。在一个实施例中，主机通过该主机接口模块进行数据格式转换模块的配置寄存器的读写操作。通过读写数据格式转换模块的配置寄存器，主机可以配置读写格式转换模块的工作参数，实现本地存储接口与存储设备池的映射和绑定。

为了进一步理解本发明的实施例，下面将具体描述本发明的实施例的几个典型工作流程。

1、数据访问流程

1)主机向本装置发出标准磁盘接口命令；

2)本装置上的本地存储协议接口模块接收主机的命令，并把命令转发给数据格式转换模块；

3)数据格式转换模块对命令进行解释，并根据命令内容，把命令格式转换为符合标准网络存储协议的格式传递给网络协议接口模块；

4)网络协议接口模块接收指令，发送到网络存储设备，实现主机对网络存储设备的数据访问请求；

5)网络存储设备返回的命令和数据通过网络协议接口模块传递到数据格式转换模块；

6)数据格式转换模块把命令和数据转换成面向主机磁盘协议格式的命令和数据，并传递给本地存储协议接口模块；

7)本地存储协议接口模块将格式转换后的命令和数据返回主机，数据访问结束。

在整个数据访问过程中，主机通过本装置访问远程网络存储设备的过程和访问本地磁盘完全一致，不需要额外的软件支持。从主机的角度看，本装置是一块普通功能的磁盘。

2、启动和配置流程

本装置通过主机接口模块接驳到用户主机系统中。当用户主机启动时，用户主机会检测所有的主机接口是否接驳有外部设备，并检查各个外部设备是否包含有可启动程序。当检测到本装置时，用户主机会确认本装置包含可启动程序存储器，并且该程序存储器中包含可启动代码。用户主机可以选择通过本装置启动。当用户主机通过本装置启动后，用户主机读取本装置程序存储器中的代码，并执行该代码，由用户主机完成动态绑定功能和查找定位功能。当动态绑定和查找定位功能完成后，本装置就可以完成本地存储协议接口模块与网络协议接口模块之间的数据格式转换功能。

本装置在用户主机中的启动和配置流程如图2所示：

本装置也可以不提供主机可启动程序存储器。主机通过其他方式启动操作系统，通过在操作系统中安装本装置的驱动程序，在操作系统启动后执行驱动程序和应用软件，也可以通过本装置提供的用户主机接口完成本装置的网络存储查找、定位、绑定和配置功能。

当本装置提供主机可启动程序存储器时，可以不需要在主机的操作系统中安装驱动程序，通过在主机操作系统启动前由主机执行可启动程序存储器中存储的程序实现网络存储资源查找、定位、绑定和配置功能。由于不需要针对特定的操作系统开发驱动程序，减少驱动程序与主机操作系统的兼容性问题。

具体的动态绑定和查找定位流程如下：

当用户主机通过本装置启动，并执行本装置程序存储器中的代码后，主机通过本装置上的主机接口模块向本装置的配置寄存器写入绑定关系的配置信息。通过用新的配置信息替换旧的配置信息，可以解除主机与当前连接的存储设备之间的绑定关系，并在主机与新的存储设备之间建立绑定关系。变更结束后，主机可以看到磁盘内容发生变化。

当主机不了解存储设备池中存储设备的状态和具体位置时，可以通过本装置上的主机接口模块向本装置的数据寄存器写入查找定位信息(存储设备的特征信息)，并通过数据格式转换模块发送给存储设备池。存储设备池将查找结果返回给本装置，由数据格式转换模块转换为主机可读取的查找结果，主机通过读取本装置的数据寄存器获得查找结果，由主机向本装置的配置寄存器写入绑定关系的配置信息，建立主机和查找到的存储设备之间的连接。

本装置可以采用单独的接口卡形式连接到用户主机上，也可以采用芯片的形式集成到用户主机的主板上实现，甚至集成到用户主板上的其它芯片中实现。本装置的主机接口模块中的主机可启动程序存储器和主机可存取功能寄存器都可以由主机实现并完成其功能。

本装置中提到的本地存储协议接口不局限于并行IDE(ATA)接口，也可以是串行IDE(ATA)接口，甚至是具有数据访问功能的其它主机接口。本装置中提到的主机接口，也不局限于PCI接口，可以包括PCI-X和PCI Express接口，甚至是具有可启动功能的其它主机接口。

不论采用哪种形式，本装置都可以实现本地存储协议与网络协议之间的数据格式转换。通过本装置的主机接口实现的网络存储资源查找、定位、绑定和配置功能，本装置可以实现本地存储接口与网络存储设备之间映射关系的建立和解除。

在本发明的具体实现中，增加了符合PCI(PCIX，PCI EXPRESS)协议标准的主机控制访问接口，为主机和装置之间建立了独立于数据通道的控制访问通道。这样，本装置对主机呈现两种设备，即PCI设备和存储设备，主机可以通过PCI设备接口执行动态资源配置过程，通过存储设备接口进行数据访问。将存储资源的配置程序放置在PCI设备启动代码中。系统启动过程中，根据通用计算机启动次序，PCI设备的启动代码将在提前运行，由主机处理器读取并执行，完成储存资源的动态绑定变更，之后，主机将通过存储设备接口，访问网络存储设备，完成系统启动过程。这样，由于启动过程中，PCI设备的启动代码运行次序在前，符合系统启动代码的规范，且由主机运行，就可以实现下面的工能改进：

(1)、资源动态绑定和系统启动一次完成，简化了配置过程；

(2)、配置代码由主机完成，装置中可以不配置有微处理器，简化了设计，降低了成本；

(3)、通过存储设备接口的数据访问可以选择专用处理器件(如FPGA或网络协处理器)，不必考虑实现控制和交互的功能，提升了装置的性能扩展性。

采用本发明提出的结构和方法设计实现存储资源动态绑定装置，在相同成本下，性能提高接近200％。

最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。

Claims (18)

1、一种绑定计算资源和存储资源的装置，包括：

本地存储协议接口模块、网络协议接口模块、数据格式转换模块和主机接口模块；

其中，所述本地存储协议接口模块，与主机连接，用于和主机之间电气接口的匹配和磁盘接口器件的状态转换，与主机进行数据和命令的传输；

所述网络协议接口模块，与存储设备池连接，用于和存储设备池之间电气接口的匹配和磁盘接口器件的状态转换，与存储设备池中的存储设备进行数据和命令的传输；

所述数据格式转换模块，分别与所述本地存储协议接口模块和所述网络协议接口模块连接，用于对本地存储协议接口模块和网络协议接口模块接收到的命令和/或数据进行格式转换，并将转换后的命令和/或数据相应发送至网络协议接口模块和本地存储协议接口模块；

所述主机接口模块，分别与主机接口和数据格式转换模块连接，用于实现和主机接口之间电气接口的匹配和数据/命令传输；所述主机通过所述装置的启动程序实现所述装置的启动，并且可以通过读写所述数据格式转换模块中的数据信息和对包括绑定关系的配置信息进行写操作，实现对存储设备的绑定和存储资源的查找。

2、权利要求1的装置，其中，所述启动程序位于所述主机接口模块的存储器中，当主机启动时检测到所述装置，确认所述存储器包含启动程序，所述主机可以选择所述装置通过所述启动程序启动。

3、权利要求1的装置，其中，所述存储设备池为一个或多个标准网络存储设备的集合，所述网络协议接口模块为标准的网络接口。

4、权利要求1的装置，其中，所述数据格式转换模块将主机发出的磁盘接口命令和数据转化为存储设备池中的存储设备可识别的、对存储设备池的访问命令和数据。

5、权利要求4的装置，其中，当存储设备池为标准的网络存储设备时，所述数据格式转换模块将主机发出的磁盘接口命令和数据转化成符合标准网络存储协议的数据格式。

6、权利要求1的装置，其中，所述数据格式转换模块将存储设备池中存储设备返回的命令和数据转化为主机可识别的、对主机的访问命令和数据，其中，所述主机可识别的、对主机的访问命令和数据为符合标准磁盘协议的数据。

7、权利要求2的装置，其中，所述主机接口模块包括主机可执行程序存储器和主机可存取功能寄存器，所述主机可执行程序存储器中存储有通过主机执行的所述启动程序，所述主机可存取功能寄存器用于读写所述数据格式转换模块的数据信息和获取存储设备池的配置信息。

8、权利要求7的装置，其中，所述主机通过主机接口读取所述主机可执行程序存储器中的程序并执行该程序，所述主机接口可以为PCI接口。

9、权利要求1的装置，其中，所述主机接口模块提供主机可访问的数据寄存器接口，主机可以通过所述主机接口模块对所述数据格式转换模块的数据寄存器读写。

10、权利要求9的装置，其中，所述主机通过读写所述数据格式转换模块的数据寄存器，可以实现对存储设备池的数据/命令传输，并且所述主机通过访问存储设备池，可以获得存储设备池的配置信息，实现对存储资源的查找。

11、权利要求1的装置，其中，所述主机接口模块提供主机可访问的配置寄存器接口，主机通过所述主机接口模块对所述数据格式转换模块的配置寄存器读写。

12、权利要求11的装置，其中，主机通过写所述数据格式转换模块的配置寄存器，配置所述数据格式转换模块的工作参数，实现所述本地存储协议接口模块与存储设备池的映射和绑定。

13、权利要求1的装置，其中，所述本地存储协议接口模块连接的本地存储协议接口包括并行IDE(ATA)接口、串行IDE(ATA)接口以及具有数据访问功能的其它主机接口；所述主机接口模块连接的主机接口包括PCI接口、PCI-X和PCI Express接口以及具有可启动功能的其它主机接口。

14、一种使用权利要求1的装置进行计算资源和存储资源绑定的方法，包括：

步骤10)、当用户主机启动操作系统前检测到所述装置时，用户主机读取所述装置的启动程序，实现所述装置在用户主机中的启动；

步骤20)、主机通过所述主机接口模块向所述数据格式转换模块的配置寄存器写入数据的配置信息，在主机与存储设备之间建立绑定；

步骤30)、所述主机接口模块读写所述数据格式转换模块的数据寄存器，获得存储设备池的配置信息，实现对存储资源的查找。

15、权利要求14的方法，其中，步骤10)中，所述启动程序包括在所述主机接口模块的存储器中，当主机启动时检测到所述装置，所述主机确认所述存储器包含启动程序，选择所述装置通过所述启动程序启动。

16、权利要求14的方法，其中，步骤20)中，主机通过写所述数据格式转换模块的配置寄存器，可以配置所述数据格式转换模块的工作参数，实现所述本地协议存储接口模块与存储设备池的映射和绑定。

17、权利要求14的方法，其中，步骤30)中，所述主机接口模块提供主机可访问的数据寄存器接口，主机通过所述主机接口模块对所述数据格式转换模块的数据寄存器读写。

18、权利要求17的方法，其中，步骤30)还包括：所述主机通过读写所述数据格式转换模块的数据寄存器，可以实现对存储设备池的数据/命令传输，并且所述主机通过访问存储设备池，可以获得存储设备池的配置信息，实现对存储资源的查找。

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