CN101566927A - 存储系统和存储控制器以及数据缓存方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种存储系统。本发明在存储控制器内部设置高速磁盘，将设置的高速磁盘用作虚拟缓存，使得缓存容量可通过增加高速磁盘容量、以及所配置的虚拟缓存的大小而无限扩容。这样，在本发明中将SAN和NAS存储架构整合为一体的存储系统中，将存储系统原有的物理内存用作SAN存储架构的缓存、将增加的高速磁盘用作NAS存储架构的缓存，从而不但能够向网络主机提供灵活的存储接入服务，而且由于其缓存容量可不受限制的扩容，因而可以避免由于缓存容量不足所导致的SAN和NAS竞争缓存资源的情况，从而能够提高存储系统的可用性。本发明还公开了一种存储控制器和一种存储系统中的数据缓存方法。
Description
技术领域
本发明涉及数据存储技术，特别涉及一种存储系统、一种存储系统中的存储控制器(Storage Controller，SC)、以及一种存储系统中的数据缓存方法。
背景技术
存储系统用于向网络主机提供服务，并可以通过不同的物理连接方式与网络主机相连，从而构成不同的存储架构。其中，存储系统通常由SC和磁盘柜这两部分组成，磁盘柜中设置了由多个成员磁盘组成的独立磁盘冗余阵列(Redundant Array of Independent Disks，RAID)。
一种常用的存储架构为存储区域网络(Storage Area Network，SAN)。如图1所示，在SAN存储架构中，网络主机和存储系统之间可以通过互联网协议(Internet Protocol，IP)网络或者光纤通道(Fibre Channel，FC)网络相连，并基于因特网小型计算机接口(Internet SCSI，iSCSI)协议或FC协议交互，当网络主机有数据存取需求时，数据可以通过IP网络或FC网络在网络主机和存储系统之间高速传输。具体来说，在SAN存储架构中，由存储系统的SC基于iSCSI协议或FC协议为网络主机提供数据块级别的访问、管理等一系列存储接入服务。
另一种常用的存储架构为网络附加存储(Network Attached Storage，NAS)。如图2所示，在NAS存储架构中，网络主机和存储系统之间通过IP网络相连，并基于公共因特网文件系统(Common Internet File System，CIFS)协议、或网络文件系统(Network File System，NFS)协议进行交互，由存储系统为网络主机提供基于IP网络的文件共享服务。具体来说，在NAS存储架构中，由存储系统的SC基于NFS或CIFS协议为网络主机提供文件级别的访问、管理等一系列存储接入服务。
为了实现向网络主机提供灵活的存储接入服务，现有技术中已将SAN和NAS两种存储架构整合为一体。参见图3，存储系统与网络主机之间，采用SAN和NAS这两种存储架构的物理连接方式相连。这样，同一存储系统就可以实现基于高速数据传输的SAN存储架构、以及多台网络主机之间文件共享的NAS存储架构。
然而，现有存储系统SC中的内存的槽位数量是有限的、且每根内存条的容量也是有限的，限制了存储系统中的缓存容量，而不论是SAN还是NAS存储架构，均需要大量的缓存容量，因此，上述将SAN和NAS整合为一体的存储系统却存缓存容量不足的问题。
以SAN存储架构为例，假设存储系统支持1024个网络主机接入，如果1024个网络主机同时建立1024个iSCSI连接并发送命令、且假设每个网络主机具有16个I/O，则存储系统同时接收到的最大命令数量为1024×16＝16K个。再假设每个命令的数据大小为512KB，则存储系统就需要16K×512K＝8G的缓存容量。而由于SAN存储架构的数据传输速度快，即便存储系统具有8G的缓存容量，也仍然有可能在瞬间被耗尽。
再以NAS存储架构应用于企业内部局域网为例，假设存储系统连接有上百上千个网络主机，当任一网络主机接入并写入数据时，存储系统内的文件系统将占用大量的缓存容量，直至数据被刷新；而当多台网络主机同时接入并写入数据时，存储系统内的缓存容量将被耗尽。
而且，由于缓存容量不足，SAN和NAS还会出现资源竞争的情况，从而影响存储系统的可用性。
可见，现有存储系统的缓存容量不足，无法满足将SAN和NAS整合为一体的需求，导致存储系统的可用性不高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种存储系统、一种存储系统中的SC、以及一种存储系统中的数据缓存方法，能够提高缓存容量，以满足将SAN和NAS整合为一体的需求。
本发明提供的一种存储系统，用于向网络主机提供服务，且所述存储系统与网络主机之间同时采用SAN和NAS的物理连接方式相连，该存储系统包括：存储控制器SC、包括至少一个低速磁盘的磁盘阵列，
其中，所述SC中包括：用作物理缓存的物理内存；
所述SC中还包括：用作虚拟缓存的高速磁盘，其读写速度大于所述低速磁盘；
所述物理内存，用于缓存采用SAN的物理连接方式相连的网络主机读/写所述磁盘阵列的数据；
所述高速磁盘，用于缓存采用NAS的物理连接方式相连的网络主机读/写所述磁盘阵列的数据。
所述SC中还包括第一业务接口和第二业务接口；
采用SAN的物理连接方式相连的网络主机，通过所述第一业务接口读/写所述磁盘阵列的数据；
采用NAS的物理连接方式相连的网络主机，通过所述第二业务接口读/写所述磁盘阵列的数据。
所述第一业务接口为光纤通道FC接口或者千兆以太网GE接口；
所述第二业务接口为GE接口。
所述SC还包括读写速度小于所述高速磁盘的本地磁盘，用于存放所述存储系统用以提供服务的软件和数据。
所述用作虚拟缓存的高速磁盘多于一个，所述多于一个的高速磁盘构成第0级别的独立磁盘冗余阵列RAID0。
本发明提供的一种存储系统中的SC，应用于网络主机与包括至少一个低速磁盘的磁盘阵列之间，并向网络主机提供服务，且所述SC与网络主机之间同时采用SAN和NAS的物理连接方式相连，所述SC包括：
用作物理缓存的物理内存，用于缓存采用SAN的物理连接方式相连的网络主机读/写所述磁盘阵列的数据；
用作虚拟缓存的高速磁盘，其读写速度大于所述低速磁盘，用于缓存采用NAS的物理连接方式相连的网络主机读/写所述磁盘阵列的数据。
所述SC中还包括第一业务接口和第二业务接口；
采用SAN的物理连接方式相连的网络主机，通过所述第一业务接口读/写所述磁盘阵列的数据；
采用NAS的物理连接方式相连的网络主机，通过所述第二业务接口读/写所述磁盘阵列的数据。
所述第一业务接口为光纤通道FC接口或者千兆以太网GE接口；
所述第二业务接口为GE接口。
所述SC还包括读写速度小于所述高速磁盘的本地磁盘，用于存放所述SC用以提供服务的软件和数据。
所述用作虚拟缓存的高速磁盘多于一个，所述多于一个的高速磁盘构成第0级别的独立磁盘冗余阵列RAID0。
本发明提供的一种存储系统中的数据缓存方法，所述存储系统用于向网络主机提供服务，该存储系统与网络主机之间同时采用SAN和NAS的物理连接方式相连，并包括：存储控制器SC、包括至少一个低速磁盘的磁盘阵列，该方法包括：
在所述存储系统的存储控制器SC设置读写速度大于所述低速磁盘、且用作虚拟缓存的高速磁盘，
将采用SAN的物理连接方式相连的网络主机读/写所述磁盘阵列的数据缓存在用作物理缓存的物理内存中，将采用NAS的物理连接方式相连的网络主机读/写所述磁盘阵列的数据缓存在所述高速磁盘中。
在执行所述缓存之前，该方法进一步包括：
接收来自网络主机的报文并进行解析；
当解析得到的报文为公共因特网文件系统CIFS协议、或网络文件系统NFS协议的报文时，执行所述将采用NAS的物理连接方式相连的网络主机读/写所述磁盘阵列的数据缓存在所述高速磁盘中；
否则，执行所述将采用SAN的物理连接方式相连的网络主机读/写所述磁盘阵列的数据缓存在用作物理缓存的物理内存中。
本发明还公开了一种网络存储控制器，包括：
前端接口，通过同时采用SAN和NAS的物理连接方式与网络主机相耦合；
后端接口，与磁盘阵列相耦合；
本地磁盘，用以存储网络控制器运行必须的软件；
所述网络存储控制器还包括：
物理缓存，用以提升对采用SAN的物理连接方式相连的网络主机请求的响应速度；
作为虚拟缓存的磁盘，用以提升对采用NAS的物理连接方式相连的网络主机请求的响应速度，其中该磁盘的读写通道与本地磁盘的读写通道相互独立。
所述作为虚拟缓存的磁盘，其接口类型不同于本地磁盘接口的接口类型，其读写速度大于本地磁盘读写速度。
所述作为虚拟缓存的磁盘，其读写速度大于磁盘阵列的读写速度。
由上述技术方案可见，本发明在SC内部设置高速磁盘，将设置的高速磁盘用作虚拟缓存，使得缓存容量可通过增加高速磁盘容量、以及所配置的虚拟缓存的大小而无限扩容。这样，在本发明中将SAN和NAS存储架构整合为一体的存储系统中，将存储系统原有的物理内存用作SAN存储架构的缓存、将增加的高速磁盘用作NAS存储架构的缓存，从而不但能够向网络主机提供灵活的存储接入服务，而且由于其缓存容量可不受限制的扩容，因而可以避免由于缓存容量不足所导致的SAN和NAS竞争缓存资源的情况，从而能够提高存储系统的可用性。
附图说明
图1为现有SAN存储架构的结构示意图。
图2为现有NAS存储架构的结构示意图。
图3为现有将SAN和NAS整合为一体的存储架构的结构图。
图4为本发明实施例中存储系统的结构示意图。
图5为本发明实施例中存储系统中的数据缓存方法的示例性流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
为了提高缓存容量以满足将SAN和NAS整合为一体的需求，本发明在SC内部设置高速磁盘，将设置的高速磁盘用作虚拟缓存。
需要说明的是，本发明所述高速磁盘为非易失性的存储介质，所述的“高速”，并非基于绝对标准而确定的。所述“高速”实际上是指相对于看作本地磁盘的系统盘、以及磁盘柜中的各磁盘来说，读写速度更快，读写速度的高低通常可以依据磁盘的转速以及磁盘的接口速率来分辨。也就是说，相对于所述的“高速”，看作本地磁盘的系统盘、以及磁盘柜中的各磁盘则可称为低速磁盘。
这样，由于存储系统的缓存容量可通过增加高速磁盘容量、以及所配置的虚拟缓存的大小而无限扩容，因此，将SAN和NAS整合为一体后，将存储系统原有的物理内存用作SAN存储架构的缓存、将增加的高速磁盘用作NAS存储架构的缓存，从而即便同时有上千个采用SAN的物理连接方式相连的网络主机、以及有上千个采用NAS的物理连接方式相连的网络主机同时接入存储系统，也不会由于存储系统中用作缓存的物理内存有限而造成缓存被瞬间耗尽，从而解决了将SAN和NAS整合为一体时存储系统缓存容量不足的问题，进而也避免了SAN和NAS竞争缓存资源的情况发生，提高了存储系统的可用性。
当然，本发明也不仅仅是提高存储系统中的缓存总容量，由于将SAN和NAS存储架构整合为一体，因而，本发明还需要分别为SAN和NAS分配不同的缓存，以进一步避免SAN与NAS竞争缓存资源。
相比于NAS存储架构，SAN存储架构对访问存储系统的实时性要求更高，对缓存的申请、释放也更为频繁，因而对于每一个网络主机来说，均不会长时间占用一定的缓存空间，因此，本发明将物理内存中的缓存空间分配给SAN存储架构。为了区别于虚拟缓存，以下称物理内存中的缓存空间为物理缓存。
而NAS存储架构中，对于每一个网络主机来说，其访问存储系统时会长时间占用一定的缓存空间，占用时间的长短主要取决于存储系统的刷新时间，这样，当多个网络主机同时访问存储系统时，则会长时间占用存储系统中的大量缓存空间，因此，本发明将高速磁盘中的虚拟缓存分配给NAS存储架构。
下面，结合具体实施例，对本发明中的技术方案进行详细说明。
图4为本发明实施例中存储系统的结构示意图。如图4所示，存储系统与网络主机之间同时采用SAN和NAS的物理连接方式相连，该连接方式与图3相同。
如图4所示的存储系统包括：SC和磁盘柜，SC通过iSCSI或者FC接口连接磁盘柜，设置于存储系统磁盘柜中的RAID由所述低速磁盘构成。
其中，SC用于为网络主机提供服务，该SC包括：主板芯片组，以及与主板芯片组相连的业务接口、CPU、RAID控制器、本地磁盘即系统盘、用作物理缓存的物理内存。
在本实施例中，SC还包括与主板芯片组相连、并用作虚拟缓存的高速磁盘。
用作物理缓存的物理内存，例如，双倍速率同步动态随机存储器(DoubleData Rate SDRAM，DDR)等内存条，用以提升对采用SAN的物理连接方式相连的网络主机的响应速度，在本实施例中用于缓存采用SAN的物理连接方式相连的网络主机读/写所述磁盘阵列的数据。当然，如果物理内存中具有被释放的空闲物理缓存空间，则空闲物理缓存空间也可以用于存储系统中的其他应用。
而用作虚拟缓存的高速磁盘，其读写速度大于所述低速磁盘，例如串行SCSI(SAS)磁盘、或固态磁盘(Solid State Disks，SSD)等任一种高速磁盘，用以提升对采用NAS的物理连接方式相连的网络主机的响应速度，在本实施例中用于缓存采用NAS的物理连接方式相连的网络主机读/写所述磁盘阵列的数据。
实际应用中，用作虚拟缓存的高速磁盘可以多于一个，多于一个的高速磁盘构成第0级别的独立磁盘冗余阵列(RAID0)。
这样，本实施例中将SAN和NAS存储架构整合为一体的存储系统，不但能够向网络主机提供灵活的存储接入服务，而且由于其缓存容量可不受限制的扩容，因而可以避免由于缓存容量不足所导致的SAN和NAS竞争缓存资源的情况，从而能够提高存储系统的可用性。
实际应用中，SC也可以通过对网络主机发送的报文来识别该网络主机采用的哪一种存储架构的访问方式。例如，SC中的CPU可以对通过业务接口接收自网络主机的报文进行解析，当解析得到的报文为CIFS协议、或NFS协议的报文时，则判断出当前网络主机采用的是NAS存储架构的访问方式，并将该网络主机读/写所述磁盘阵列的数据缓存在高速磁盘中；否则，判断出当前网络主机采用的是SAN存储架构的访问方式，并将该网络主机读/写所述磁盘阵列的数据缓存在用作物理缓存的物理内存中。
也就是说，SC在处理网络主机发起SAN连接请求，或通过实时检测用户访问时发送的报文不为CIFS协议和不为NFS协议的报文时，则向物理内存申请所需的物理缓存空间；在处理网络主机发起NAS连接请求时，或通过实时检测用户访问时发送的报文是CIFS协议、或NFS协议的报文时，直接从虚拟缓存中分配需要的缓存空间。
当然，如果SC中的业务接口为多个并分别连接至不同存储架构中的物理连接。
例如，SC中的业务接口包括千兆以太网(GE)接口、光纤通道(FibreChannel，FC)接口，GE接口通过NAS存储架构的物理连接方式与网络主机相连，FC接口则通过SAN的物理连接方式与网络主机相连、且SAN仅支持FC协议而不支持iSCSI协议，则SC也可以通过不同的业务接口来区分当前访问的网络主机采用是的哪一种存储架构的访问方式。不过，如果SAN支持iSCSI协议，则SAN也可以与GE接口相连，此时，SC就不宜通过不同的业务接口来区分访问方式。
实际应用中，SC中的RAID控制器可以是一独立的硬件，称为硬RAID控制器，也可以是运行于CPU中的一软件程序，称为软RAID控制器；系统盘可看作本地磁盘，其中承载了SC提供服务所需的软件和数据，例如操作系统；本文所述的内存是指物理内存。
以上，是对本发明实施例中存储系统及其SC的详细说明。下面，再对本发明实施例中的数据缓存方法进行详细说明。
图5为本发明实施例中存储系统中的数据缓存方法的示例性流程图。如图5所示，基于如图4所示的存储系统，本实施例中的数据缓存方法包括以下步骤：
步骤501，判断网络主机访问存储系统的方式，如果为SAN存储架构的访问方式，则执行步骤502，如果为NAS存储架构的访问方式，则执行步骤503。
本步骤的具体处理方式可以为：
对接收自网络主机的报文进行解析，当解析得到的报文为公共因特网文件系统CIFS协议、或网络文件系统NFS协议的报文时，则判断出当前网络主机采用的是NAS存储架构的访问方式；否则，判断出当前网络主机采用的是SAN存储架构的访问方式。
步骤502，将采用SAN的物理连接方式相连的网络主机读/写所述磁盘阵列的数据缓存在用作物理缓存的物理内存中，并结束本流程。
步骤503，将采用NAS的物理连接方式相连的网络主机读/写所述磁盘阵列的数据缓存在所述高速磁盘中。
至此，本流程结束。
由上述流程可见，本实施例中将SAN和NAS存储架构整合为一体，不但能够向网络主机提供灵活的存储接入服务，而且由于其缓存容量可不受限制的扩容，因而可以避免缓存容量不足所导致的SAN和NAS竞争缓存资源的情况，从而能够提高存储系统的可用性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (15)
1、一种存储系统，用于向网络主机提供存储服务，且所述存储系统与所述网络主机之间同时采用SAN和NAS的物理连接方式相连，该存储系统包括：存储控制器SC、包括至少一个低速磁盘的磁盘阵列，
其中，所述SC中包括：用作物理缓存的物理内存；
其特征在于，
所述SC中还包括：用作虚拟缓存的高速磁盘，其读写速度大于所述低速磁盘；
所述物理内存，用于缓存采用SAN的物理连接方式相连的网络主机读/写所述磁盘阵列的数据；
所述高速磁盘，用于缓存采用NAS的物理连接方式相连的网络主机读/写所述磁盘阵列的数据。
2、如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述SC中还包括第一业务接口和第二业务接口；
采用SAN的物理连接方式相连的网络主机，通过所述第一业务接口读/写所述磁盘阵列的数据；
采用NAS的物理连接方式相连的网络主机，通过所述第二业务接口读/写所述磁盘阵列的数据。
3、如权利要求2所述的系统，其特征在于，
所述第一业务接口为光纤通道FC接口或者千兆以太网GE接口；
所述第二业务接口为GE接口。
4、如权利要求1至3中任意一项所述的系统，其特征在于，所述SC还包括读写速度小于所述高速磁盘的本地磁盘，用于存放所述存储系统用以提供服务的软件和数据。
5、如权利要求1至3中任意一项所述的系统，其特征在于，所述用作虚拟缓存的高速磁盘多于一个，所述多于一个的高速磁盘构成第0级别的独立磁盘冗余阵列RAID0。
6、一种存储系统中的存储控制器SC，应用于网络主机与包括至少一个低速磁盘的磁盘阵列之间，并向网络主机提供服务，且所述SC与网络主机之间同时采用SAN和NAS的物理连接方式相连，其特征在于，
所述SC包括：
用作物理缓存的物理内存，用于缓存采用SAN的物理连接方式相连的网络主机读/写所述磁盘阵列的数据；
用作虚拟缓存的高速磁盘，其读写速度大于所述低速磁盘，用于缓存采用NAS的物理连接方式相连的网络主机读/写所述磁盘阵列的数据。
7、如权利要求6所述的SC，其特征在于，所述SC中还包括第一业务接口和第二业务接口；
采用SAN的物理连接方式相连的网络主机，通过所述第一业务接口读/写所述磁盘阵列的数据；
采用NAS的物理连接方式相连的网络主机，通过所述第二业务接口读/写所述磁盘阵列的数据。
8、如权利要求7所述的SC，其特征在于，
所述第一业务接口为光纤通道FC接口或者千兆以太网GE接口；
所述第二业务接口为GE接口。
9、如权利要求6至8中任意一项所述的SC，其特征在于，所述SC还包括读写速度小于所述高速磁盘的本地磁盘，用于存放所述SC用以提供服务的软件和数据。
10、如权利要求6至8中任意一项所述的SC，其特征在于，所述用作虚拟缓存的高速磁盘多于一个，所述多于一个的高速磁盘构成第0级别的独立磁盘冗余阵列RAID0。
11、一种存储系统中的数据缓存方法，所述存储系统用于向网络主机提供服务，该存储系统与网络主机之间同时采用SAN和NAS的物理连接方式相连，并包括：存储控制器SC、包括至少一个低速磁盘的磁盘阵列，其特征在于，该方法包括：
在所述存储系统的存储控制器SC设置读写速度大于所述低速磁盘、且用作虚拟缓存的高速磁盘，
将采用SAN的物理连接方式相连的网络主机读/写所述磁盘阵列的数据缓存在用作物理缓存的物理内存中，将采用NAS的物理连接方式相连的网络主机读/写所述磁盘阵列的数据缓存在所述高速磁盘中。
12、如权利要求11所述的方法，其特征在于，在执行所述缓存之前，该方法进一步包括：
接收来自网络主机的报文并进行解析；
当解析得到的报文为公共因特网文件系统CIFS协议、或网络文件系统NFS协议的报文时，执行所述将采用NAS的物理连接方式相连的网络主机读/写所述磁盘阵列的数据缓存在所述高速磁盘中；
否则，执行所述将采用SAN的物理连接方式相连的网络主机读/写所述磁盘阵列的数据缓存在用作物理缓存的物理内存中。
13、一种网络存储控制器，包括：
前端接口，通过同时采用SAN和NAS的物理连接方式与网络主机相耦合；
后端接口，与磁盘阵列相耦合；
本地磁盘，用以存储网络控制器运行必须的软件；
其特征在于，
所述网络存储控制器还包括：
物理缓存，用以提升对采用SAN的物理连接方式相连的网络主机请求的响应速度；
作为虚拟缓存的磁盘，用以提升对采用NAS的物理连接方式相连的网络主机请求的响应速度，其中该磁盘的读写通道与本地磁盘的读写通道相互独立。
14、如权利要求13所述的控制器，其特征在于，所述作为虚拟缓存的磁盘，其接口类型不同于本地磁盘接口的接口类型，其读写速度大于本地磁盘读写速度。
15、如权利要求13或14所述的控制器，其特征在于，所述作为虚拟缓存的磁盘，其读写速度大于磁盘阵列的读写速度。
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