CN101212488B - 双通道的网络储存管理装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了双通道的网络储存管理装置与方法，能使其所连接的主机端通过网络通道存取多台硬盘装置。在网络储存管理装置中，主要利用缓冲存储单元来暂存来自第一装置端硬盘接口、第二装置端硬盘接口(分别电连接至主机端)的主机端的存取要求，然后再由控制器从缓冲存储单元依序取得这些存取要求，而通过网络接口把主机端的存取要求传递至对应于存取要求的硬盘装置，借此实现主机端和网络储存管理装置之间的双通道，如同对主机端提供两台可供使用的硬盘装置。

Description

双通道的网络储存管理装置与方法

技术领域

本发明涉及一种网络储存管理装置与方法，特别是双通道的网络储存管理装置与方法。

背景技术

随着网络传输速度日趋快速、低廉，使得在网络上传输数字音像也变得越来越普及，又加上数字音像本身文件大小都十分庞大，因此同时带动了数字储存媒体大型化的发展趋势。

随着数字媒体大型化的趋势，单一硬盘，甚至是单一硬盘柜都不足以应付这种大容量储存需求，而发展出AoE(ATA over Ethernet)与iSCSI这两种特殊的通讯协议。

ATAover Ethernet(AoE)是由Brantley Coile所创造并提出的一种网络通讯协议，且此协议可以在以太网络上存取ATA标准的储存装置，进而达到能以平价而且标准的技术来实现一个储存局域网络环境。

AoE不依赖以太网络中网络层以上的协议，包括IP、UDP、TCP等都弃舍不用。这表示AoE不能在局域网络上进行路由、绕径，所以AoE确实仅打算做为储存局域网络之用。

需要注意的是，AoE与iSCSI均强调自身是远比光纤通道(Fibre Channel)低廉的储存局域网络布建方案，不过AoE标榜比iSCSI更简单、更低廉，单就标准规范的技术文件而言，AoE规格仅有8页，而iSCSI却为257页。

在支持的硬件方面，目前已有Coraid公司推出AoE用的硬盘柜，被称之为EtherDrive。在软件方面，SourceForge.net所提供的vblade，能使安装有vblade的Linux服务器通过网络去寻找AoE硬盘柜，并在寻找到硬盘柜后可向硬盘柜提出储存服务的请求，进而使用硬盘柜内的储存空间、资源。vblade软件有两种型态与执行法，一种是以使用者空间(userspace)的执行程序(属aoetools工具程序包的一部份)来运作，另一种是以Linux的内核模块程序(kernel module)来运作。

虽然AoE是简单的网络协议，但在储存的功效机制运作上提高了复杂性，因此下面将针对AoE的细节作进一步说明。

在AoE协议中，主要采用了区块性的储存传输。在这种情况下，ATA在AoE中被当成一种硬盘用的线路协议，数据写入硬盘后若要进行读出，则会以一个或一个以上的块状型态进行回传，且每块的容量尺寸大小(Block size)固定一致，这可称为传输区块(Block)。

接着，AoE协议直接、简单地将ATA指令(ATA command)送入低阶网络封包内，使得以太网络线(ethernet cable)能有效取代ATA接口的接线(或称：排线，ribbon cable)，并可以在以太网络所达到的各端点(例如硬盘(硬盘柜)或计算机)进行数据区块的搬运与传输。

对ATA标准中的ATA排线而言，它不用传输的数据区块的类型，这对AoE标准而言也是相同，AoE标准所用的以太网络线不用去了解它所传输的是何种数据区块，用户可以读出、写入任何想要的区块数据，只不过在多数情况下，文件系统将比传输区块更适合用来进行数据的组织与结构化运用。

就传统而言，使用者是以文件系统的方式来使用计算机中的硬盘，如ext3、XFS、以及NTFS等文件系统都是以这种想定所设计、运用。然而在使用AoE时，由于AoE运用以太网络来取代ATA排线，这就有可能破坏这种用法，改用AoE方式运作对传统文件系统而言是一件危险的事，有可能导致文件系统的错乱，或造成操作系统的内核严重错误(kernel panic)。

对此，AoE是用集群式的文件系统来避免这些问题，使AoE硬盘、硬盘柜的区块性储存、传输的装置设备能够同时供多部计算机存取使用，跳脱以往ATA技术只能让硬盘、硬盘群专供一部计算机存取使用的限制。若就实际的功效运作来说，能够存取AoE硬盘柜的服务器自身就如同是加入集群系统的一部集群计算机，是通过集群的共享机制来共同取用储存资源，而AoE硬盘柜即是一个可供共享的区块性储存设备。GFS、OCFS2等属于常见的具有集群功效的文件系统。

请参阅图1，图1为现有的储存局域网络环境的示意图。在现有储存局域网络环境中，大量硬盘群主要由多个硬盘柜10a～10n所组成，每一硬盘柜10a～10n另由多个硬盘抽屉11a、11b...、11f、11g...所组成，而每一硬盘抽屉11a、11b...、11f、11g...中则又包含了多个硬盘装置12a、12b...、12f、12g...。若计算机装置17a、17b...、17g、17n需要与上述硬盘装置12a、12b...、12f、12g...通信时，可采用AoE与iSCSI协议。

在Aoe协议中，AoE封包是用以太网络中的MAC地址来决定封包从何处发出以及要传往何处。不过MAC地址只能在单一的以太网络中使用，因为MAC地址是以网域为范畴进行广播式发送。现有的以太网络硬件多具有流量控制(flow control)的功效机制，能够使封包重新发送(packetretransmission)的频宽需求降至最低。以太网络使用循环冗余校验(CRC)算法来确保封包完整送达。

只是，在现有的储存局域网络环境中，每一台计算机装置17a、17b…、17g～17n只能利用其中一个硬盘/光盘连接端口(一般的主机板会提供两个硬盘/光盘连接端口)，来存取多个硬盘装置12a、12b…、12f、12g…其中之一，而另一个硬盘/光盘连接端口只能直接装设一般硬盘装置。现有的技术无法充分利用这种网络储存系统的好处，让主机板上两个硬盘/光盘连接端口，都能支持这种网络储存系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双通道的网络储存管理装置与方法，其能使其所连接的主机端，其所属的两个硬盘/光盘连接端口，均得以通过网络通道存取多台硬盘装置。

基于上述目的，在本发明双通道的网络储存管理装置与方法中，主要利用缓冲存储单元来暂存来自第一装置端硬盘接口、第二装置端硬盘接口(分别电连接至主机端)的主机端的存取要求，然后再由控制器从缓冲存储单元依序取得这些存取要求，而通过网络接口把主机端的存取要求传递至对应于存取要求的硬盘装置，借此实现主机端和网络储存管理装置之间的双通道，对主机端提供两台可供使用的硬盘装置。

本发明的优点以及精神可以通过以下的详细描述和附图得到进一步的了解。

附图说明

图1为现有储存局域网络环境的示意图；

图2为本发明储存局域网络环境的示意图；

图3为本发明双通道的网络储存管理装置的示意图；

图4为本发明双通道的网络储存管理装置的另一示意图；

图5为本发明控制器的示意图。

其中，附图标记：

10a～10n                  硬盘柜

11a、11b…、11f、11g…    硬盘抽屉

12a、12b…、12f、12g…    硬盘装置

17a、17b…、17g～17n      计算机装置

16a、16b…、16g～16n      网络储存管理装置

14                        管理装置

20a                       第一主机端硬盘接口

20b                       第二主机端硬盘接口

20c                       第三主机端硬盘接口

22a                       第一装置端硬盘接口

22b                       第一装置端硬盘接口

24                        控制器

24a                       控制权子单元

24b                       启动子单元

26                        缓冲存储单元

28                        网络接口

具体实施方式

请参阅图2，图2为本发明储存局域网络环境的示意图。如图2所示，在本发明储存局域网络环境中，大量硬盘群由多个硬盘柜10a～10n所组成，每一硬盘柜10a～10n另由多个硬盘抽屉11a、11b...、11f、11g...所组成，而每一硬盘抽屉11a、11b...、11f、11g...中则又包含了多个硬盘装置12a、12b...、12f、12g...。若计算机装置17a、17b...、17g～17n需要存取上述硬盘装置12a、12b...、12f、12g...时，主要是通过通过各自所属的双通道的网络储存管理装置16a～16n来进行。举例来说，若计算机装置17a(即主机端)要通过双通道的网络储存管理装置16a，并通过网络通道来存取硬盘装置12f、12g时，网络储存管理装置16a就会需要特殊的组件来实现。需特别注意的是，计算机装置17b...、17g～17n、网络储存管理装置16b～16n与计算机装置17a、网络储存管理装置16a有着相同的运作模式。

请参阅图3，图3为本发明双通道的网络储存管理装置的示意图。如图3所示，本发明双通道的网络储存管理装置16a主要包括装置端硬盘接口组(第一装置端硬盘接口22a、第二装置端硬盘接口22b)、网络接口28、缓冲存储单元26、控制器24。计算机装置17a(尤其是其所属主机板)则至少包含第一主机端硬盘接口20a、第二主机端硬盘接口20b、CPU(未描绘)等组件。缓冲存储单元26可由单一缓冲存储器组成(共享暂存来自第一装置端硬盘接口22a、第二装置端硬盘接口22b的存取要求)或由两个缓冲存储器组成(分别暂存来自第一装置端硬盘接口22a、第二装置端硬盘接口22b的存取要求)。

在本发明网络储存管理装置16中，其所属的装置端硬盘接口组中，第一装置端硬盘接口22a、第二装置端硬盘接口22b，可分别电连接至主机端(计算机装置17a)的第一主机端硬盘接口20a、第二主机端硬盘接口20b，并可借此接收来自第一主机端硬盘接口20a、第二主机端硬盘接口20b的主机端的存取要求。这个存取要求是针对硬盘装置12a、12b...、12f、12g...中之一(例如：已经配置给计算机装置17a使用的硬盘装置12f、12g)要求提供所需数据。

简单来说，本发明双通道的网络储存管理装置16a，主要利用缓冲存储单元26来暂存来自第一装置端硬盘接口22a、第二装置端硬盘接口22b(分别电连接至主机端)的主机端的存取要求，然后再由控制器24从缓冲存储单元26依序取得这些存取要求，再通过通过网络接口28把主机端的存取要求，传递至与存取要求相应的硬盘装置12f、12g，借此实现计算机装置17a和网络储存管理装置16a之间的双通道，而如同对计算机装置17a提供两台可供使用的硬盘装置12f、12g。

在这种架构下，使用者不会察觉到其所使用的硬盘装置12f、12g，其实是位在遥远的远端，而非装置在计算机机壳中。基于这种网络储存媒体架构，万一其所使用的硬盘装置12f损坏，管理装置14便会自动地另外配置一台可供使用的如硬盘装置12a，甚至使用者根本没有察觉到其所使用的硬盘装置12f已经损坏了。

举例来说，若计算机装置17a的使用者将第一主机端硬盘接口20a、第二主机端硬盘接口20b所连接的硬盘装置12f、12g分别定义成C盘、D盘磁盘驱动器，这其中主要是通过双通道的网络储存管理装置16a来实现连接，并且指定C盘的硬盘装置12f安装操作系统，指定D盘的硬盘装置12g用来备份硬盘装置12f中的数据。

当需要将硬盘装置12g所备份的数据还原到硬盘装置12f时，会先从第二主机端硬盘接口20b发出读取硬盘装置12g的存取要求(即主机端的存取要求)，经过第二装置端硬盘接口22b传入网络储存管理装置16a后，因为网络储存管理装置16a可能同时在处理其它事情，为避免混乱，控制器24会先将其暂存在缓冲存储单元26中，然后再从缓冲存储单元26依序取得主机端的存取要求，再通过通过网络接口28把主机端的存取要求传递至与存取要求对应的硬盘装置12g。

属于D盘的硬盘装置12g在收到此存取要求后，便会开始把所需回传的数据通过通过网络回传至网络储存管理装置16a，同样的，控制器24也会将响应存取要求所提供的数据，先暂存至缓冲存储单元26，然后再从缓冲存储单元26依序取得响应存取要求所提供的数据，通过通过网络接口28传递至属于C盘的硬盘装置12f。为了让计算机装置17a掌握整个数据传输情况，还是需要通过装置端硬盘接口组(特别是相对于C盘的第一装置端硬盘接口22a、第一主机端硬盘接口20a)，向计算机装置17a回报数据传输情况，以便作到如同使用一般硬盘装置。不过，在上述数据传递手段中，硬盘装置12f、12g彼此也能直接互传数据，不需通过网络储存管理装置16a。

请参阅图4，图4为本发明双通道的网络储存管理装置的另一示意图。如图4所示，本发明双通道的网络储存管理装置16a，除了包含装置端硬盘接口组(第一装置端硬盘接口22a、第二装置端硬盘接口22b)、网络接口28、缓冲存储单元26、控制器24外，还额外具有可电连接至硬盘装置23的第三主机端硬盘接口20c。

在本发明双通道的网络储存管理装置16a中，额外具有第三主机端硬盘接口20c之后，控制器24可依据主机端的存取要求，将上述所传输的数据也通过第三主机端硬盘接口20c传入硬盘装置23，或是从硬盘装置23读出数据，再传入其它硬盘装置中。

此外，控制器24可通过网络通道向如图2所示的管理装置14取得该些硬盘装置的媒体存取控制(Media Access Control，MAC)地址，而可借助网络接口28通过网络通道使网络储存管理装置16a和这些硬盘装置互相传递数据封包。

为了让计算机装置17a能够支持非标准型态下使用的硬盘装置12a、12b...、12f、12g...，控制器24必须有特殊的设计。

请参阅图5，图5为本发明控制器的示意图。如图5所示，本发明控制器24进一步包含控制权子单元24a、启动(boot)子单元24b。控制权子单元24a会在使用者启动主机端时，自动地对主机端提供在逻辑区块寻址(Logical Block Addressing，LBA)模式下编号为0的第零个逻辑区块(LBA0)，而暂不提供含在硬盘装置12f(安装有操作系统者)的第零个逻辑区块(LBA 0)，然后在使用者选择启动(boot)储存在特定硬盘装置中的特定操作系统之后，由启动(boot)子单元24b通过网络通道取得含有被选定的操作系统的相对的第零个逻辑区块(LBA 0)，再通过控制权子单元24a回传给主机端的中央处理器(CPU)，而进行启动(boot)被选定的操作系统。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种双通道的网络储存管理装置，使一主机端能够通过网络通道存取多个硬盘装置，其特征在于，所述主机端至少包含一第一主机端硬盘接口和一第二主机端硬盘接口，所述网络储存管理装置包含：

一装置端硬盘接口组，包含一第一装置端硬盘接口和一第二装置端硬盘接口，并分别电连接至所述第一主机端硬盘接口、所述第二主机端硬盘接口，用于接收来自所述第一主机端硬盘接口和第二主机端硬盘接口的主机端的存取要求，所述存取要求针对硬盘装置中的一个要求提供所需数据；

一网络接口，用于通过所述网络通道与硬盘装置相互传递数据封包；

一缓冲存储单元，用于暂存所述存取要求；以及

一控制器，用于把所述存取要求或/和响应所述存取要求所提供的数据暂存至所述缓冲存储单元，且从所述缓冲存储单元依序取得所述存取要求后通过所述网络接口把所述存取要求传递至对应的硬盘装置。

2.根据权利要求1所述的网络储存管理装置，其特征在于，还包括：

一第三主机端硬盘接口，电连接至一硬盘装置；

所述控制器还用于根据所述存取要求存取该硬盘装置。

3.根据权利要求1所述的网络储存管理装置，其特征在于，所述控制器具体用于通过所述网络通道，向一管理装置取得硬盘装置的媒体存取控制地址，而通过网络接口使用网络通道和硬盘装置互相传递数据。

4.根据权利要求1所述的网络储存管理装置，其特征在于，所述控制器具体用于通过所述网络通道，向一管理装置取得硬盘装置的媒体存取控制地址，而通过网络接口使用网络通道和硬盘装置互相传递数据。

5.根据权利要求1所述的网络储存管理装置，其特征在于，所述控制器具体包括：

一控制权子单元，用于在一使用者启动主机端时，自动地对该主机端提供在一逻辑区块寻址模式下编号为0的第零个逻辑区块；以及

一启动子单元，用于在使用者选择启动储存在特定硬盘装置中的特定操作系统之后，通过所述网络通道取得含有被选定的操作系统的相对的第零个逻辑区块，将含有被选定的该操作系统的相对的第零个逻辑区块通过所述控制权子单元回传给主机端的一中央处理器。

6.一种双通道的网络储存管理方法，使一主机端通过一网络通道存取多个硬盘装置，该主机端至少包含一第一主机端硬盘接口和一第二主机端硬盘接口，该网络储存管理方法包含：

提供一装置端硬盘接口组，所述装置端硬盘接口组包含一第一装置端硬盘接口和一第二装置端硬盘接口，并分别电连接至主机端的第一主机端硬盘接口和第二主机端硬盘接口，其中，所述第一装置端硬盘接口和所述第二装置端硬盘接口接收来自所述第一主机端硬盘接口和所述第二主机端硬盘接口的主机端的存取要求，所述存取要求是针对多个硬盘装置的一个要求提供所需数据；

提供一缓冲存储单元，所述缓冲存储单元用于暂存存取要求；

把所述存取要求或/和响应所述存取要求所提供的数据暂存至所述缓冲存储单元；以及

从所述缓冲存储单元依序取得所述存取要求，并通过网络接口把所述存取要求传输至相应的硬盘装置。

7.根据权利要求6所述的网络储存管理方法，其特征在于，还包括：

提供一第三主机端硬盘接口，电连接至一硬盘装置；

控制器依据所述存取要求存取该硬盘装置。

8.根据权利要求6所述的网络储存管理方法，其特征在于，从所述缓冲存储单元依序取得所述存取要求，并通过网络接口把所述存取要求传输至相应的硬盘装置的步骤中，通过网络通道向一管理装置取得硬盘装置的一媒体存取控制地址，然后通过该网络接口使用网络通道和硬盘装置互相传递数据。

9.根据权利要求6所述的网络储存管理方法，其特征在于，还包括：

在一使用者启动该主机端时，自动地对该主机端提供在一逻辑区块寻址模式下编号为0的第零个逻辑区块；及

在该使用者选择启动储存在特定硬盘装置中的特定该操作系统后，通过所述网络通道取得含有被选定的操作系统的相对的第零个逻辑区块，将含有被选定的该操作系统的相对的第零个逻辑区块回传给主机端的一中央处理器。

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