CN101615106A - 用于虚拟化sas存储适配器的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于虚拟化SAS存储适配器的方法和系统。提供了用于虚拟化SAS存储适配器以便允许计算机系统的逻辑分区共享存储设备的方法和计算机系统。所述方法和计算机系统包括：将逻辑存储适配器分配给所述逻辑分区中的每个逻辑分区的操作系统；创建从所述逻辑分区中的每个逻辑分区到所述存储设备中的各个逻辑块组的映射；以及使用系统管理程序配置所述逻辑存储适配器，使得选定分区可以访问允许该选定分区访问的选定逻辑块组。

Description

用于虚拟化SAS存储适配器的方法和系统
技术领域
本发明涉及存储适配器。更具体地说，本发明涉及计算机系统的逻辑分区的SAS(串行连接小型计算机系统接口)适配器的虚拟化。
背景技术
大型计算机系统通常被分成多个逻辑分区。每个逻辑分区代表系统中的资源的划分并且作为独立的逻辑系统运行。逻辑分区的一个实例是将多处理器计算机系统分成多个独立的服务器，每个服务器都具有其自己的处理器、主存储装置以及I/O设备。
每个逻辑分区都需要的典型资源是盘存储装置。许多系统利用SAS设备来提供存储。SAS是一种设计为以增加的性能、可伸缩性和冗余度取代并行SCSI(小型计算机系统接口)的数据传输技术。它可以提供SATA(串行高级技术附件)兼容性和互操作性、成本有效的分层存储部署，以及盘驱动器和平台选择的灵活性。
逻辑分区的当前实施方式的缺点是每个分区都需要具有其自己的存储适配器。因此，对于大型计算机系统，需要大量的物理存储适配器，并且为了为这些适配器提供关联的PCI(外围组件互联)或PCI Express适配器槽，还需要大量的机壳，这导致显著的额外开支。当前实施方式还要求每个分区都具有其自己的存储设备，这导致过多数量的存储设备以及过多数量的用于容纳存储设备的相应机壳。此外，每个机壳典型地封装为单个SAS域以便机壳限于单个分区。因此，需要单个设备(或几个设备)的分区必须承担完整机壳(其可能具有许多空的设备槽)的成本，这也导致大量的资源浪费。
发明内容
本发明提供了用于虚拟化SAS存储适配器以便允许计算机系统的逻辑分区共享存储设备的方法、计算机程序产品以及计算机系统。所述方法、计算机程序产品以及计算机系统包括：将逻辑存储适配器分配给所述逻辑分区中的每个逻辑分区的操作系统；创建从所述逻辑分区中的每个逻辑分区到所述存储设备中的各个逻辑块组的映射；以及使用系统管理程序配置所述逻辑存储适配器，使得选定分区可以访问允许该选定分区访问的选定逻辑块组。
附图说明
图1是示出共享存储设备的多个分区的方块图；
图2是示出多个盘区(extent)的方块图，每个盘区都包含多个连续逻辑块；
图3是示出分区到盘区的映射的表；
图4是示出本发明的一个实施例中的工作流的流程图；以及
图5是可以使用本发明的计算机系统的概念图。
具体实施方式
现在将参考附图中示出的实施例通过实例的方式更详细地说明本发明。应注意的是，仅通过实例的方式提供了以下描述的实施例并且不应理解为将本发明的概念限于任何特定的物理配置。此外，所使用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“之上”、“之下”以及类似的此类术语不应理解为将本发明限于特定的方向，除非另外指出。相反，仅在相对的基础上使用这些术语。
如本领域的技术人员将理解的，本发明可以被体现为系统、方法或计算机程序产品。相应地，本发明可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)或组合在此可总称为“电路”、“模块”或“系统”的软件和硬件方面的实施例的形式。此外，本发明可以采取体现在任何有形表达介质内的计算机程序产品的形式，所述介质中包含有计算机可用程序代码。
可以使用一个或多个计算机可用或计算机可读介质的任意组合。所述计算机可用或计算机可读介质例如可以是(但不限于)电、磁、光、电磁、红外线或半导体系统、装置或设备，或传播介质。计算机可读介质的更具体的实例(非穷举列表)包括：具有一条或多条线的电连接、便携式计算机软盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦写可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光存储设备、诸如那些支持互联网或内联网的传输介质或磁存储设备。要注意的是，所述计算机可用或计算机可读介质甚至可以是程序被打印在其上的纸张或其他适合的介质，因为所述程序可以通过例如光扫描所述纸张或其他介质被电子地捕获，然后被编译、解释或另外以适合的方式被处理(如果必要)，然后被存储在计算机存储器中。在此文档的上下文中，计算机可用或计算机可读介质可以是任何能够包含、存储、传送、传播或传输由指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合的程序的介质。计算机可用介质可以包括其中包含计算机可用程序代码(在基带中或作为载波的一部分)的传播数据信号。可以使用任何适当的介质(包括但不限于无线、有线、光缆、射频等)来传输计算机可用程序代码。
用于执行本发明的操作的计算机程序代码可以以一种或多种编程语言的任意组合来编写，所述编程语言包括面向对象的编程语言(如Java、Smalltalk或C++等)和传统的过程编程语言(如“C”编程语言或类似的编程语言)。所述程序代码可以完全地在用户计算机上、部分地在用户计算机上、作为单独的软件包、部分地在用户计算机上并部分地在远程计算机上或完全地在远程计算机或服务器上执行。在后者的情况中，所述远程计算机可以通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))与所述用户计算机相连，或者可以进行与外部计算机的连接(例如，利用互联网服务提供商并通过互联网)。
参考根据本发明的实施例的方法、装置(系统)和/或计算机程序产品的流程图和/或方块图在下面描述了本发明。将理解，所述流程图和/或方块图的每个方块以及所述流程图和/或方块图中的方块的组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以产生一种机器，以便通过所述计算机和/或其他可编程数据处理装置的处理器执行的所述指令将创建用于实现所述流程图和/或方块图方块(多个)中指定的功能/操作的装置。
这些计算机程序指令也可以被存储在能够以特定方式引导计算机或其他可编程数据处理装置执行功能的计算机可读介质中，以便存储在所述计算机可读介质中的所述指令将产生一件包括实现在所述流程图和/或方块图方块(多个)中指定的功能/操作的指令的制品。
所述计算机程序指令还可以被加载到计算机或其他可编程数据处理装置上以导致将在所述计算机或其他可编程装置上执行一系列的操作步骤以产生计算机实现的过程，以便在所述计算机或其他可编程装置上执行的所述指令将提供用于实现在所述流程图和/或方块图方块(多个)中指定的功能/操作的过程。
附图中的流程图和方块图示出了根据本发明的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实施方式的体系结构、功能和操作。在此方面，所述流程图或方块图中的每个方块都可以表示代码的模块、段或部分，所述代码包括用于实现指定的逻辑功能(多个)的一个或多个可执行指令。还应指出，在某些备选实施方式中，在方块中说明的功能可以不按图中说明的顺序发生。例如，示出为连续的两个方块可以实际上被基本同时地执行，或者某些时候，取决于所涉及的功能，可以以相反的顺序执行所述方块。还将指出，所述方块图和/或流程图的每个方块以及所述方块图和/或流程图中的方块的组合可以由执行指定功能或操作的基于硬件的专用系统或专用硬件和计算机指令的组合来实现。
本发明提供了一种方法，其用于虚拟化存储设备(例如，盘)，以便允许逻辑分区或甚至允许分区内的应用访问所述存储设备的一部分。将存储设备虚拟化成多个逻辑设备，并且每个分区只看到允许该分区访问的逻辑设备。访问实际物理设备的细节由硬件来处理。
本发明实现了一种方法，其细分单个存储设备以允许不同分区同时直接访问同一物理设备。本发明并不是如虚拟输入/输出(VIO)方法中那样在共享存储设备中通过第三方分区来排队读/写请求，而是允许多个分区直接共享存储设备，因此提供了性能优势。
在本发明中，多个不同分区对同一物理设备的访问被彼此隔离，使得异常分区或恶意分区不会影响使用同一设备的其他分区。在硬件中实现此隔离以最小化性能成本。用户应用可以被许可直接访问存储设备的子集。硬件将实施访问限制，使得用户应用不会影响其他存储设备或该存储设备的其他分区。存储设备无需特殊的能力或功能来使用本发明。
可以由SCSI客户端-服务器的服务-提供模型来概括分区与盘资源之间的关系。客户端被称为SCSI启动器，而服务器被称为SCSI目标。SCSI目标包括一个或多个逻辑存储实体，例如，每个都具有逻辑单元号(LUN)的逻辑单元。例如，对于访问存储设备的分区，分区是SCSI启动器，而存储设备是SCSI目标。例如，在使用较小的硬盘作为存储设备时，存储设备(或目标)可以包含单个LUN。或者，例如，当存储设备包括外部RAID盒时，存储设备可以包含多个LUN。在此，LUN单元是存储实体，后者可以包括盘驱动器上的存储的一部分、盘驱动器上的全部存储、盘阵列中的多个驱动器上的总存储，以及它们的任意组合。
在本发明的优选实施例中，虚拟化平台(也称为系统管理程序)位于物理硬件资源之上并且提供通过硬件管理控制台(HMC)操纵资源管理的功能。系统管理程序向操作系统提供抽象层。例如，从分区的操作系统的角度，虚拟硬件资源似乎属于该分区。系统管理程序控制对硬件资源的分区访问。每个操作系统都接收作为物理存储适配器一部分的逻辑存储适配器。系统管理程序支持逻辑适配器的配置并且仅暴露允许该适配器访问的那些设备。分区就像对待专用物理存储适配器那样对待逻辑存储适配器。
在本发明的一个实施例中，将虚拟化InfiniBand接口实现为到提供给分区的物理主机SAS适配器的软件接口。主机SAS适配器然后将虚拟接口映射成物理SAS。
从HMC启动主机SAS适配器配置。系统管理程序执行此配置从而无需分区参与。在配置期间，将实现逻辑SAS扩展器并且创建启动器组。每个逻辑操作系统分区都具有逻辑存储适配器。将启动器SAS地址分配给每个逻辑存储适配器。每个逻辑存储适配器因此具有其自己的启动器ID以便能够正确地执行SAS结构上的事务。主机SAS适配器配置建立启动器SAS地址(I)的结构相关的参数。启动器地址是启动器_目标_LUN(I_T_L)连系的组件。系统对待此逻辑适配器就像其对待SAS操作中的专用物理适配器那样。
图1是示出共享存储设备的多个分区的方块图。在图1中，多个分区100(即，SCSI启动器)共享存储设备140(即，SCSI目标)。系统管理程序110控制分区100经由SAS适配器120和目标端口130对存储设备140的访问。存储设备140包含多个逻辑存储实体LUN 150。借助SAS适配器120的虚拟化，分区100可以访问LUN 150，就像LUN 150是经由专用物理存储适配器连接到分区100的专用物理存储设备那样。
HMC负责配置盘资源和将其分配给不同的分区。本发明使得多个分区能够共享存储设备的逻辑存储单元，每个分区都能够访问作为单个LUN下的连续逻辑块的组的一个或多个“盘区”。如图1所示，LUN 150可以包含一个或多个盘区160。图2是示出多个盘区的方块图，每个盘区都包含多个连续逻辑块。
HMC构造表以将分区与LUN的盘区关联。然后，每个盘区似乎是分区的“逻辑”LUN。该表被发送给系统管理程序，后者则使用该表来执行盘区的逻辑地址与存储设备上的物理扇区之间的映射。图3示出了将分区与LUN的盘区(即，连续逻辑块的组)关联的示意性表，其中映射包含基础地址和盘区的长度。例如，分区103与LUN 160的盘区关联，其中盘区始于基础地址1288并且长度为2048个块。
在本发明的一个实施例中，为了使分区可以通过InfiniBand接口与存储设备通信，将首先创建包括队列对(QP)的工作队列(WQ)。为了执行操作，将工作队列元素(WQE)置于WQ中，然后SAS适配器执行该WQE。因此，WQ形成了分区与SAS适配器之间的通信媒介，减轻了操作系统参与的负担。每个过程可以创建一个或多个用于通信的QP，其中每个QP都具有关联的上下文。可以在硬件中实现QP以便从CPU卸载大部分工作。一旦正确地处理了WQE，就将创建完成队列元素(CQE)并将其置于完成队列(CQ)中。使用CQ通知调用方已完成的WQE减少了以其他形式将生成的中断。
图4是示出本发明的一个实施例中的此工作流的流程图。首先，在状态400，为设备状况创建存储器区域。在状态401，将WQE元素置于接收队列以接收设备状况。在状态402，对于InfiniBand中的主机通道适配器，通过Hcall标识包含所述数据的存储器区域。此存储器区域Hcall将存储器中的虚拟区域映射到物理地址范围，使得硬件能够直接向/从存储器区域访问数据。在读取流期间，保留此存储器区域以包含从存储设备接收的读取数据。在写入流期间，SAS硬件将从此存储器区域读取数据并将其发送到所述设备。在状态403，形成WQE并将其置于分区的发送队列。WQE包含请求ID和读取数据的存储器区域描述符。此WQE包含SCSI CDB(公共描述符块，包括地址/长度/关键词)以及含有要读取/写入的数据的存储器区域的描述符。在状态404，硬件将命令发送到所述设备，然后在状态405，物理适配器使用启动器_目标_LUN_任务标识符(I_T_L_Q)连系从原始发送的WQE获取存储器区域ID，后者然后被用于获取物理地址并且执行读取和写入操作。在状态406，存储设备将设备状况(例如，SCSI状况和自动读出)发送到主机SAS适配器。接着在状态407，设备状况被存储在描述为接收队列WQE的设备状况存储器区域中。设备状况指示了写入是成功还是失败，并且如果为失败，指示了失败的详细信息。
分区创建QP以便与盘区通信，所述盘区似乎是该分区的标准普通设备。系统管理程序对QP内的特殊寄存器编程以控制分区与盘区之间的映射。所述映射包含基础地址和盘区的长度。在硬件中实现的QP动态地将读取或写入命令的虚拟寻址转换为命令的物理寻址。在本发明的一个实施例中，通过将盘区的基础地址与用户提供的地址相加以生成物理地址来完成此地址转换。在硬件中实施范围检查。如果得到的物理地址超出范围，则利用普通的InfiniBand语义经由置于CQ上的错误CQE向用户返回通信请求。如果命令成功完成，则通过创建CQE并将其置于CQ中来通知用户。每个QP都具有唯一的启动器ID。从物理设备的角度，这允许每个盘区-QP对都是唯一的I_T_L连系，后者允许错误的标准处理(如果错误发生的话)而无需特殊处理。因为每个盘区都与唯一的I_T_L连系关联，所以所有标准SCSI协议都得到支持并且对于“逻辑”LUN，将如预期的那样工作。硬件还解释InfiniBand的读取容量命令。向用户报告的盘大小是与该QP关联的HMC所分配的盘区大小。
由于对于盘区的硬件支持。用户访问很容易地被限于各个“逻辑”LUN，即，每个LUN的子集。现在用户应用可以直接执行盘I/O而无需内核访问，并且异常的应用不会影响同一盘的其他用户。这提高了性能并且允许额外的应用优化。
图5示出了其上可以实现本发明的计算机系统(502)。所述计算机系统可以是以下项中的任意一项：个人计算机系统、工作站计算机系统、膝上型计算机系统、嵌入式控制器系统、基于微处理器的系统、基于数字信号处理器的系统、手持设备系统、个人数字助理(PDA)系统、无线系统、无线联网系统等。所述计算机系统包括总线(504)或其他通信机制以便传送信息并且包括与总线(504)相连的处理器(506)以便处理信息。所述计算机系统还包括与所述总线相连以便存储将由处理器(506)执行的信息和指令的主存储器，例如，随机存取存储器(RAM)或其他动态存储设备(例如，动态RAM(DRAM)、静态RAM(SRAM)、同步DRAM(SDRAM)、闪速RAM)。此外，主存储器(508)可用于存储临时变量或处理器执行指令期间的其他中间信息。所述计算机系统还包括与总线(504)相连以便存储静态信息和处理器的指令的只读存储器(ROM)510或其他静态存储设备(例如，可编程ROM(PROM)、可擦写PROM(EPROM)，以及电可擦写PROM(EEPROM))。提供了诸如磁盘或光盘之类的存储设备(512)并将其连接到总线以便存储信息和指令。此存储设备是计算机可读介质的一个实例。
所述计算机系统还包括输入信号的输入/输出端口(530)以连接计算机系统。此类连接可以包括直接电连接、无线连接、联网连接等以便实现自动控制功能、远程控制功能等。可以安装适合的接口卡以提供所需的功能和信号级别。
所述计算机系统还可以包括专用逻辑设备(例如，专用集成电路(ASIC))或可配置的逻辑设备(例如，通用逻辑阵列(GAL)或可重新编程的现场可编程门阵列(FPGA))，它们可用于替代参考图1-4所述的方法的任何部分或所有部分的功能。可以使用适当的设备总线(例如，小型计算机系统接口(SCSI)总线、增强的集成设备电子部件(IDE)总线，或超高速直接存储器存取(DMA)总线)向计算机系统添加其他可移动介质设备(例如，光盘、磁带，以及可移动磁-光介质)或固定的高密度介质驱动器。所述计算机系统还可以额外地包括光盘读取器、光盘读-写单元，或者光盘点播机，它们都可以连接到同一设备总线或另一设备总线。
所述计算机系统可以经由总线连接到显示器(514)，例如，阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、语音合成硬件和/或软件等，以便向计算机用户显示和/或提供信息。所述显示器可以由显卡或图形卡来控制。所述计算机系统包括输入设备，例如键盘(516)和光标控件(518)，以便向处理器(506)传送信息和命令选择。可以通过用作输入设备(516)的语音识别硬件和/或软件来实现此类命令选择。光标控件(518)例如是鼠标、跟踪球、光标方向键、触摸屏显示器、光学字符识别硬件和/或软件等，以便向处理器(506)传送方向信息和命令选择并控制显示器(514)上的光标移动。此外，打印机(未示出)可以提供数据结构、信息或任何其他由计算机系统存储和/或生成的数据的打印列表。
所述计算机系统执行本发明的一部分处理步骤或所有处理步骤以响应处理器执行一组或多组在存储器(例如，主存储器)中包含的一个或多个指令。可以从其他计算机可读介质(例如，存储设备)将此类指令读入主存储器。还可以采用多处理布置中的一个或多个处理器执行主存储器中包含的系列指令。在备选实施例中，硬连线电路可用于替代软件指令或与软件指令相结合。因此，实施例并不限于硬件电路和软件的任何特定组合。
本发明的计算机代码设备可以是任何解释的或可执行的代码装置，包括但不限于脚本、解释器、动态链接库、Java类，以及完整的可执行程序。此外，为了更佳的性能、可靠性和/或成本，本发明的处理的各部分可以是分散的。
所述计算机系统还可以包括与总线相连的通信接口。所述通信接口(520)提供连接到网络链路(522)(其可以例如连接到本地网络(524))的双向数据通信。例如，通信接口(520)可以是网络接口卡以连接到任何分组交换局域网(LAN)。作为另一个实例，通信接口(520)可以是非对称用户数字线路(ADSL)卡、综合服务数字网络(ISDN)卡或调制解调器，以便提供到相应类型的电话线路的数据通信连接。还可以通过通信接口(520)实现无线链路。在任何此类实施方式中，通信接口(520)都发送和接收电、电磁或光信号，所述信号承载代表各类信息的数字数据流。
网络链路(522)典型地通过一个或多个网络提供到其他数据设备的数据通信。例如，网络链路可以通过本地网络(524)(例如，局域网)或通过服务提供商(其通过通信网络(528)提供通信服务)运营的设备来提供到计算机(526)的连接。在优选实施例中，所述本地网络和通信网络优选地使用承载数字数据流的电、电磁或光信号。通过各种网络的信号、网络链路上以及通过通信接口的信号(它们承载去往/来自计算机系统的数字数据)是传输信息的载波的示意性形式。所述计算机系统可以通过所述网络(多个)、网络链路和通信接口来发送通知并接收数据(包括程序代码)。
应理解的是，本发明不必限于以上示出和描述的特定过程、布置、材料和组件，相反，本发明可以存在大量在本发明的范围之内的变化。

Claims (17)

1.一种用于虚拟化SAS存储适配器以便允许计算机系统的逻辑分区共享存储设备的方法，包括以下步骤：
将逻辑存储适配器分配给所述逻辑分区中的每个逻辑分区的操作系统；
创建从所述逻辑分区中的每个逻辑分区到所述存储设备中的各个逻辑块组的映射，由此生成映射信息；以及
使用所述映射信息配置所述逻辑存储适配器，使得选定分区可以访问允许该选定分区访问的选定逻辑块组。
2.根据权利要求1的方法，其中所述生成步骤包括：
构造记录从所述逻辑分区中的每个逻辑分区到所述存储设备中的各个逻辑块组的映射的表；以及
将所述表提供给系统管理程序，以便允许所述系统管理程序使用所述表来配置所述逻辑存储适配器。
3.根据权利要求2的方法，其中通过硬件管理控制台来执行所述构造步骤。
4.根据权利要求1的方法，其中所述配置步骤包括：
实现逻辑SAS扩展器和启动器组；
将所述启动器中的每个启动器的SAS地址分配给各个逻辑存储适配器；以及
提供所述映射信息以便将访问所述存储设备的数据存储操作的虚拟寻址转换成所述数据存储操作的物理寻址。
5.根据权利要求4的方法，其中通过硬件执行所述转换步骤。
6.根据权利要求4的方法，其中所述数据存储操作包括读操作和写操作中的一个操作。
7.根据权利要求1的方法，其中所述逻辑存储适配器提供到所述逻辑分区的InfiniBand编程接口。
8.根据权利要求1的方法，其中所述逻辑块组是连续逻辑块的组。
9.一种用于虚拟化SAS存储适配器以便允许计算机系统的逻辑分区共享存储设备的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括实现根据权利要求1-8中的任一权利要求的方法的计算机可用程序代码。
10.一种计算机系统，包括：
处理器；
可操作地与所述处理器相连的存储器；
可操作地与所述处理器和所述存储器相连的存储设备；以及
用于虚拟化SAS存储适配器以便允许计算机系统的逻辑分区共享存储设备的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括：
其中包含计算机可用程序代码的计算机可用介质，所述计算机可用程序代码包括：
将逻辑存储适配器分配给所述逻辑分区中的每个逻辑分区的操作系统的指令；
创建从所述逻辑分区中的每个逻辑分区到所述存储设备中的各个逻辑块组的映射的指令，和生成映射信息的指令；以及
使用所述映射信息配置所述逻辑存储适配器，使得选定分区可以访问允许该选定分区访问的选定逻辑块组的指令。
11.根据权利要求10的计算机系统，其中用于生成的指令包括：
构造记录从所述逻辑分区中的每个逻辑分区到所述存储设备中的各个逻辑块组的映射的表的指令；以及
将所述表提供给系统管理程序，以便允许所述系统管理程序使用所述表来配置所述逻辑存储适配器的指令。
12.根据权利要求11的计算机系统，其中通过硬件管理控制台来构造所述表。
13.根据权利要求10的计算机系统，其中用于配置的指令包括：
实现逻辑SAS扩展器和启动器组的指令；
将所述启动器中的每个启动器的SAS地址分配给各个逻辑存储适配器的指令；以及
提供所述映射信息以便将访问所述存储设备的数据存储操作的虚拟寻址转换成所述数据存储操作的物理寻址的指令。
14.根据权利要求13的计算机系统，其中通过硬件执行所述转换。
15.根据权利要求13的计算机系统，其中所述数据存储操作包括读操作和写操作中的一个操作。
16.根据权利要求10的计算机系统，其中所述逻辑存储适配器提供到所述逻辑分区的InfiniBand编程接口。
17.根据权利要求10的计算机系统，其中所述逻辑块组是连续逻辑块的组。
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