CN101878470B - 用于管理存储拷贝服务系统的装置以及方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制具有数据复制功能的存储系统的装置，包括：存储阵列部件，可操作来向复制引擎发送下述通知：由主机对主存储位置进行的数据写经受数据复制；复制引擎，可操作来接收该通知，以及作为响应，指令该存储阵列拷贝该数据到辅助存储位置；其中把该数据未经该复制引擎中介地拷贝到该辅助存储位置。

Description

用于管理存储拷贝服务系统的装置以及方法
技术领域
本发明涉及用于改进存储系统管理的技术，特别地涉及用于管理具有存储拷贝服务的存储系统的技术。
背景技术
现代存储控制器产品提供的重要服务之一是拷贝服务解决方案。拷贝服务包括，但不局限于远程拷贝、时间点(point in time)拷贝、以及连续数据保护(continuous data protection，CDP)。现今，这些拷贝服务一般作为存储控制器微代码的组成部分在存储控制器内部实现。不过，最近在业界中出现了一种新途径，通过其，在这里称为“复制引擎”的应用中，而不是在存储控制器内部，实现拷贝服务。
以上所有拷贝服务、或者复制、功能都依赖于受保护数据的“写”被“分割(split)”。其意思是，在正对存储控制器执行写的同时，拷贝服务应用接收写正在进行(ongoing)的通知。
在根据现有技术的系统中，广义说来，该分割技术有两种明显不同的实现。这些布置如图1所示。首先，存在使用在架构(fabric)中实现的分割的技术。这显示在图1的左手边，其中主机100连接到SAN架构104，基于SAN的分割器116执行对物理存储106的主I/O。基于SAN的分割器116还将I/O引导到复制引擎110，拷贝服务部件112驻留于复制引擎110并且执行拷贝服务。第二种技术是在诸如器件驱动器的主机软件栈(stack)中实现分割。主机操作系统的逻辑卷管理器(LVM)也可以用于该功能。这种布置显示在图1的右手边，其中分割器114连接到在架构层104之上的主机102。在这些实现的每一个中，均把写数据从分割器发送到复制引擎。
所有这些方案的缺点是：
1.需要多种不同的实现，以覆盖所有主机类型和交换机(switch)类型。
2.主机中的分割消耗主机CPU MIPS，并且使得主机到交换机链接的写带宽需求翻倍。
3.主机和交换机通常不能访问非易失性内存器。这指的是主机难以可靠地追踪实时(in-flight)写的状态，迫使设计折衷，这影响性能、鲁棒性或者解决方案可以从掉电恢复的速度。
美国专利申请No.11/840179中公开了一种允许在存储控制器内而不是在主机或者存储区域网络(storage area network，SAN)中实现通用分割协议的技术。该协议提供了建立跨越几种不同存储控制器的公共拷贝功能的基础结构(infrastructure)。接口旨在是如下简单接口，其使得可能把存储阵列(SA)连接到复制引擎(RE)以及相互之间连接、以及允许更快速部署(deploy)新的复制功能。该实现依赖于使用下述协议，在该协议中，分割器所接收的每个写命令被复制并且并行地既发送到主存储也发送到复制引擎。复制引擎具有某些存储，通常(但不是必须)由包含分割器的相同存储阵列提供。RE将其作为实施它的拷贝服务的“仓库(repository)”使用。该仓库一般包含已经写到主磁盘(disk)中的数据、可能连同在过去某一时间的主磁盘上的数据的较老拷贝、以及连同元数据。在该协议中，所用的命令既传送控制信息也传送从主机接收的数据。复制引擎预期的实现是不包括磁盘存储，而使用由存储阵列提供的存储LUN(logical unit number)。这样，RE只需在它的仓库中存储一个拷贝的简单写的数据流是：主机→存储控制器→复制引擎→存储控制器→磁盘(仓库存储)，其中。当然，实际上，RE或许需要使某元数据与数据相关联，可能还需要将数据从它的仓库中的一个地方拷贝到仓库中的另一个地方。还可能需要在主磁盘和仓库之间拷贝数据。
这样的布置例示于图2中，其中另外示出具有分割器202的存储应用200以及具有分割器206的存储虚拟化控制器204。
根据所有这些现有技术的实现的分割写的数据流可以在图3中简单示出，其中主机300在流1写数据到存储阵列302。存储阵列302在流2流出数据到主物理存储306以及在流3流出数据到复制引擎304。复制引擎304添加元数据，然后在流4流出数据和元数据到存储阵列302，以及存储阵列302在流5流出数据到辅助物理存储308。
通过RE使数据流动具有以下缺点：
●数据必须进行至少跨越(across)网络以及跨越连接存储阵列存储器到网络的总线的两个额外传递(pass)。这限制了解决方案对于任一给定硬件平台所能够达到的带宽。
●如果存储控制器实现包括用于数据完整性校验的校验字节的数据格式，则或者RE必须参与方案，或者数据在数据流的这个部分中不受保护。
因此，希望有一种用于管理具有存储拷贝服务的存储系统的改进技术。
发明内容
因此，第一方面，本发明提供一种用于控制具有数据复制功能的存储系统的装置，包括：存储阵列部件，可操作来向复制引擎发送下述通知：由主机对主存储位置进行的数据写经受数据复制；复制引擎，可操作来接收该通知，以及响应以指令该存储阵列拷贝该数据到辅助存储位置；其中把该数据未经该复制引擎中介地拷贝到该辅助存储位置。
优选地，复制引擎可操作来创建用于该数据的控制的元数据以及向该存储阵列传输该元数据。
该装置还可操作来执行该数据的读，其中由该存储阵列把该数据未经该复制引擎中介地返回给该主机。
该装置还可操作来从该主机向辅助存储位置写数据，其中由该存储阵列把该数据未经该复制引擎中介地写到该辅助存储位置。
该装置还可操作来重新同步该主存储位置和该辅助存储位置之间的数据，以及其中由该存储阵列把该数据未经该复制引擎中介地从该主存储位置传送到该辅助存储位置。
第二方面，提供一种用于控制具有数据复制功能的存储系统的方法，包括以下步骤：由存储阵列部件向复制引擎发送下述通知：由主机对主存储位置进行的数据写经受数据复制；由该复制引擎接收该通知，以及作为响应，指令该存储阵列拷贝该数据到辅助存储位置；其中把该数据未经该复制引擎中介地拷贝到该辅助存储位置。
优选地，该复制引擎创建用于该数据的控制的元数据以及向该存储阵列传输该元数据。
该方法还可以执行该数据的读，其中由该存储阵列把该数据未经该复制引擎中介地返回给该主机。
该方法还可以包括从该主机向辅助存储位置写数据，其中由该存储阵列把该数据未经该复制引擎中介地写到该辅助存储位置。
该方法还可以包括重新同步该主存储位置和该辅助存储位置之间的数据，其中由该存储阵列把该数据未经该复制引擎中介地从该主存储位置传送到该辅助存储位置。
第三方面，提供一种其上具有功能数据的数据载体，该功能数据包括功能计算机数据结构，以当被加载到计算机系统以及由此在其上运行时，使能计算机体系统执行根据第二方面的方法的所有步骤。
第四方面，提供一种计算机程序，包括计算机程序代码，以当被加载到计算机系统以及在其上运行时，使计算机体系统执行根据第二方面的方法的所有步骤。
在最广的方面上，本发明的实施例提供用于与复制引擎交换控制序列和元数据，以便允许在数据自身没有流过复制引擎的情况下实现拷贝服务的装置以及方法。
附图说明
以下将参考附图，仅仅作为示例来描述本发明的优选实施例，其中：
图1以示意形式示出根据现有技术的装置的两种可能布置；
图2以示意形式示出根据现有技术的已提出的改进的装置的两种可能布置；
图3以简化示意形式示出根据图1和2所示的现有技术方案的用于分割写的数据流；
图4以简化示意形式示出根据本发明的优选实施例的用于分割写的数据流；
图5以简化示意形式示出根据现有技术的用于从使用CDP保存的卷的历史视图中数据读的数据流；
图6以简化示意形式示出根据本发明的优选实施例的用于从使用CDP保存的卷的历史视图中数据读的数据流；
图7以简化示意形式示出根据本发明的优选实施例的用于到使用CDP保存的卷的历史视图中的数据写的数据流；以及
图8以简化示意形式示出根据本发明的优选实施例的用于重新同步主卷与辅助卷的数据流。
具体实施方式
以下将参考附图描述本发明的优选实施例。如上所述，图1至3描绘根据现有技术的装置和数据流的布置。这些已经在上面作为本发明的背景技术描述了。
广义地，本发明的优选实施例提供根据新的以及改进的协议的硬件和软件。该协议把所有新的向复制引擎已经预订(subscribe)的卷的写通知给复制引擎。提供了接口，该接口允许复制引擎直接将新写的数据引导(direct)到复制引擎仓库卷上的区域。该接口还允许在把数据写到仓库时把RE生成的元数据添加到数据，以及允许仓库和主卷之间的数据移动。该协议考虑到这些数据移动必要的序列化以及允许在卷之间创建一致性组。它还允许创建卷以访问仓库中的数据的“拷贝服务视图”，诸如CDP引擎中的数据的历史视图。
如对于本领域普通技术人员来说很明显，当RE需要获得数据的拷贝，也许需要将其发送到远程的RE(全局镜像/同城镜像，GlobalMirror/MetroMirror)时，SA→RE→SA数据流是必需的。然而，如果使用根据本发明的优选实施例的新的以及改进的协议，则对于诸如连续数据保护(CDP)和快照或者T0拷贝的功能，不需要服务器的数据实际流过复制引擎。本发明的优选实施例提供了避免该情况的方案。
为了描述本发明的优选实施例，将诸如IBM系统存储SAN卷控制器的任何“带内虚拟化应用(in band virtualization appliance)”视为存储阵列(SA)。因此术语“存储阵列”并不仅仅局限于存储介质的物理布置，而是囊括针对阵列中数据的控制和存储的全体硬件和软件供应。
使用本发明的优选实施例而不是上述分割器协议的一些优势有：
●因为数据不需要流入RE然后返回(back out)，所以在SA、SAN和RE中对带宽的要求降低了很多。对于给定的硬件系统，这将使得获得显著更高的数据率成为可能。
●因为数据不需要流过RE，所以即使对于将数据完整性字段嵌入到数据中的SAS，方案也行得通。RE不需要知道SA已经做了此工作以及不需要支持此方面。
●因为数据不在SA和RE之间流动，所以SA和RE之间的链接能够使用较低带宽互连技术实现。潜在地，可以使用以太网而不是光纤通道实现该链接。这可以大大节省当前没有实现光纤通道启动器(FibreChannel initiator)的存储阵列的市场化的大量开发费用和时间。
基本前提是“分割器”将被写入存储阵列(SA)中，该存储阵列本质上在主卷和RE之间镜像写数据。旨在RE所使用的存储将在与管理主卷相同的SA应用上。
以下给出的图的示例性描述解释SA如何将用户写数据传达(communicate)到RE以及RE如何为客户数据提供CDP。命令序列旨在是供应商特定(vendor specific)SCSI命令，而不是标准SCSI命令。因此SCSI“读”并不意味着指示真正的SCSI读，而是指在从目标到启动器(SA是启动器)的数据传送的方向上看起来像读的命令。
RE产品的一个已知示例用头标(header)和脚标(footer)信息包装(wrap)主机客户数据。该信息是RE元数据--RE使用该信息来相应地管理CDP的主卷数据。RE器件还可以选择跨越LUN来条带化(stripe)CDP数据和元数据的数据，因此命令中的一些需要LUN和LBA列表。
现在翻到图4，其以简化示意形式示出了根据本发明的优选实施例的用于分割写的数据流。主机300在流1流出写数据到存储阵列(SA)302，SA 302在流2流出写数据到主物理存储306。在流2a由主物理存储306返回完成，然后SA 302在流2b将完成返回给主机300。用于写的命令描述符块(commondescriptor block，CDB)在流3由SA 302发送到复制引擎(RE)304。RE 304生成元数据然后在流4将元数据返回给SA 302。状态消息也由RE 304在流5发送到SA 302。SA 302组合写数据和从RE 304接收的元数据并在流6将该组合发送到辅助物理存储308。因此，对于本领域普通技术人员来说很明显，有利地，避免了通向和来自RE 304的数据的流动，随之带来的益处是处理以及带宽降低。为了确保在数据处于“实时状态(in-flight)”时发生掉电的情况下保存(preserve)写数据，在图4的流2b和流6之间所有实时写数据必须保存在非易失性存储器中。
跨越网络发送的状态消息用于交叉(cross)分割器一致性组，其中RE有可能已经与另一个SA断开。
在对主卷的历史视图发出读(Read)(即，不是从当前最新的层而是从表示在过去指定时间的数据的层中读数据的指令)的情况下，本发明的优选实施例能够获得类似的有益效果。
转向图5，其示出对于这种情形根据现有技术的命令和数据流。
在图5中，主机300在流1发出指定历史视图的读(READ)命令。SA 302在流2流出该READ命令到RE 304。RE根据它的关于该历史视图的数据构造(structure)该命令，然后在流3流出READ到SA 302。SA 302在流4向辅助物理存储308发出READ，然后辅助物理存储在流5返回数据给SA 302。数据在流6由SA 302传递到RE 304，以满足RE的READ，然后RE在流7返回数据给SA 302。然后SA 302在流8返回数据给主机300。
转向图6，其示出对于这种情形根据本发明优选实施例的命令和数据流。
在图6中，主机300发送READ命令给SA 302，随后SA 302在流2发送READ命令给RE 304。RE 304在流3发送状态消息给SA 302，SA 302在流4向辅助物理存储308发出READ。辅助物理存储308在流5返回所请求的数据给SA 302，以及SA在流6返回所请求的数据给主机300。
存在下述可能：RE可能已经跨越多个LUN将数据分片(fragment)或者条带化，或者RE指定的LUN在快照区域内部已经变得出现碎片，因此要求RE能够指定主机数据的多个位置。因此，从RE 304流向SA 302的READ可以是多位置(multiple-location)READ。
存在这样的场合：这时，向辅助卷发出写成为必要--例如，系统必需回退到使用CDP功能保存的历史视图中的数据的状态。下面的就是这样的情况，例如，较晚数据已经被破坏，必须“拔回时钟”以便基于较早的、未被破坏的数据来继续处理。
转向图7，其示出对于这种情形的根据本发明优选实施例的命令和数据流。
在图7中，在流1，主机300发送待写数据到SA 302，随后SA 302在流2发送写CDB给RE 304。RE 304在流3发送元数据以及在流4发送状态消息给SA 302，SA 302组合该写数据和元数据，然后在流5将其写到辅助物理存储308。
在RE卷(或者LUN)变得与主卷不同步(例如，由于断开)的情况下，有必要使RE LUN与主卷重新同步。在RE和SA断开的任一时期期间，SA必须继续处理对主卷的写I/O请求。当断开时，则主卷将变得与存储CDP数据的RE LUN不同步。当由SA检测到重新连接时，SA需要发送它的DRL(Dirty Region Log，脏区日志)给RE，因此RE知道在断开期间曾由SA接收写。然后RE发起对主卷中的每个脏区域的拷贝请求。
这种情形下的命令和数据流在图8中示出，其中在SA 302和RE 304断开--可能由于网络崩溃或者安放RE 304的系统的本地故障--的时期期间，主机300处理对主物理存储306的写I/O。当重新建立连接时，RE 304在流1请求重新同步。SA 302在流2通过发送它的脏区日志(DRL)给RE 304而作出响应。RE 304在流3发送元数据给SA 302。然后SA 302在流4发送READ命令给主物理存储306，以及在流5接收从主物理存储306返回的数据。SA 302施加元数据到该数据上，然后在流6向辅助物理存储308发送针对不同步的每个区域的得到的数据和元数据组合。
以与关于以上参考图4描述的正常写类似的方式，RE需要围绕客户数据封装头标和脚标信息。SA发起对主卷的读请求，合并数据与RE提供的头标和脚标信息，然后发起到存储CDP数据的RE LUN的写。
本发明的优选实施例包括用于向RE提供配置指令的设施。这样的配置命令的一些例子是：
●回退(Revert)/回转(Rollback)主卷到时间点X
●创建时间点X的卷的历史视图
●给主卷拍快照
●CDP保护该主卷
●创建空间高效卷(space efficient volume)
●删除空间高效卷
对于一致性组支持，其中单个RE可以用于多个SA的，从而当一致性组同步被破坏时向SA报警，在RE和SA之间提供心跳(heartbeat)机制。
概括地说，然后，本发明的优选实施例的多个重要方面和优点如下：
1.存在用于SA和RE在它们将通信的架构上相互发现或者配置为知道相互的地址的设施。
2.存在用于SA和RE被配置以便SA知道哪些主卷被配置用于拷贝服务、如何分割到RE以及如何对RE寻址的设施。
3.可以把SA配置为具有供RE用作仓库的某些存储空间。
4.可以把SA配置为当新的写命令针对为其配置了拷贝服务的卷时，发送消息给RE。该消息包含被写的地址(目标，LUN/LBA)和被写的长度，而不含数据。
5.当RE接收到已接收新的写的通知时，存在允许RE拷贝该所写数据到仓库区域中的零或更多的地方(zero or more places)的设施。协议还允许RE与服务器数据相关联地把元数据写到仓库区域中。
6.存在防止在RE有机会拷贝数据之前重写该数据的设施。在优选实施例中，当写命令在SA中仍然有效时允许RE拷贝数据，以及防止两个同时写命令对同一个磁盘块写。在这种情况下，RE必须在SA允许写完成之前确认新的写。
7.存在允许RE在仓库和主卷之间双向拷贝数据以及从仓库的一个地方向另一个地方拷贝数据的设施。
8.如果RE和SA之间的连接断开，则重要的是协议实现检测和恢复的途径。一个这样的途径是实现心跳协议，以便RE可以知道SA已经断开以及可以知道从其它SA接收的任何写可能“依赖”于其不曾得到通知的写。除心跳之外，SA必须保持已经接收而没有发送给RE的任何写的记录。可接受的是，SA合并(coalesce)信息，从而仅仅保持区域的位图，以指示哪些区域被写从而必须被同步。
9.可选地，协议可以提供截取读的设施，从而有可能把来自拷贝服务仓库的数据呈现给服务器。在这种情况下，协议提供截取读以及按RE指引返回数据的设施。
对本领域普通技术人员来说很明显，本发明优选实施例的方法的全部或者部分可以适当且有益地在一个逻辑装置或者多个逻辑装置中实施，该一个逻辑装置或者多个逻辑装置包括被布置来执行方法的步骤的逻辑元件，这样的逻辑元件可以包括硬件部件、固件部件或其组合。
对本领域技术人员来说同样很明显，根据本发明优选实施例的逻辑布置的所有或者部分可以适当地在包括执行方法的步骤的逻辑元件的逻辑装置中实施，这样的逻辑元件可以包括诸如例如可编程逻辑阵列或者专用集成电路中的逻辑门的部件。这样的逻辑布置还可以在使用例如虚拟硬件描述符语言用于在这样的阵列或电路暂时或者永久地建立逻辑结构的使能元件中实现，该虚拟硬件描述符语言可以使用固定或者可传输的载体介质存储和传输。
应了解，上述方法和布置也可以用在一个或多个处理器(图中未示出)上运行的软件适当地完全或者部分地实现，该软件可以以在诸如磁盘或者光盘等等的任何合适的数据载体(图中也未示出)上承载的一个或多个计算机程序元件的形式提供。用于数据传输的信道同样可以包括所有描述的存储介质以及信号装载介质，诸如有线或者无线的信号承载介质。
方法一般被视为通向预期结果的步骤的自恰序列(self-consistentsequence)。这些步骤要求物理量的物理操作。通常，虽然并非必然，这些量采取能够被存储、传送、组合、比较、及其它操作的电或者磁信号的形式。主要因为通用的缘故，有时方便地认为这些信号称为位、值、参数、项目、元素、对象、符号、特性、术语、编号等等。然而，请注意，所有这些术语以及类似的术语将与适当的物理量相关联，并且仅仅是施加到这些量上的方便标签。
本发明还适当地被实施为与计算机系统一起使用的计算机程序产品。这样的实施方式可以包括计算机可读指令系列，其或者固定在诸如计算机可读介质的有形介质上，例如盘、CD-ROM、ROM、或者硬盘；或者通过包括但不局限于光或者模拟通信线的有形介质，或者无形地使用包括但不局限于微波、红外线或者其它传输技术的无线技术，经由调制解调器或者其它接口设备输到计算机系统。计算机可读指令系列实施此前描述的所有或者部分功能性。
本领域技术人员应该了解，这样的计算机可读指令可以利用与许多计算机体系结构或者操作系统一起使用的众多编程语言编写。另外，这样的指令可以使用包括但不局限于半导体、磁、或者光的当前或者将来的任何内存技术存储，或者使用包括但不局限于光、红外线、或者微波的当前或者将来的任何通信技术传输。人们可以想到：这样的计算机程序产品作为可移除介质分布，伴随以打印的或者电子文档，例如，紧缩套装软件，预先装载于计算机系统，在系统ROM或者固定磁盘上，或者通过例如因特网或者万维网的网络从服务器或者电子公告板分布。
在一个替代中，本发明的优选实施例可以用部署(deploy)服务的计算机实施的方法的形式实现，该服务包括部署计算机程序代码的步骤，该计算机程序代码当被部署于计算机基础结构中并且在其上运行时，可操作来使所述计算机系统执行方法的所有步骤。
在另一替代中，本发明的优选实施例可以用其上具有功能数据的数据载体形式实现，所述功能数据包括功能计算机数据结构，以当加载到计算机系统以及由此在其上运行时，使得所述计算机系统执行方法的所有步骤。
对于本领域技术人员来说很明显，在不背离本发明的范围下，能够对上述示例性实施例进行许多改进以及修改。

Claims (8)

1.一种用于控制具有数据复制功能的存储系统的装置，包括：
存储阵列部件，可操作来向复制引擎发送下述通知：由主机对主存储位置进行的数据写经受数据复制；
复制引擎，可操作来接收不含有该数据的该通知，以及作为响应，指令该存储阵列拷贝该数据到辅助存储位置，其中该复制引擎可操作来创建用于该数据的控制的元数据以及向该存储阵列传输该元数据，
其中，所述存储阵列部件组合该数据和该元数据，
其中所述存储阵列部件把组合后的该数据和该元数据未经该复制引擎中介地拷贝到该辅助存储位置。
2.根据权利要求1的装置，还可操作来执行该数据的读，其中由该存储阵列把该数据未经该复制引擎中介地返回给该主机。
3.根据权利要求1的装置，还可操作来从该主机向辅助存储位置写数据，其中由该存储阵列把该数据未经该复制引擎中介地写到该辅助存储位置。
4.根据权利要求1的装置，还可操作来在该主存储位置和该辅助存储位置之间重新同步数据，以及其中由该存储阵列把该数据未经该复制引擎中介地从该主存储位置传送到该辅助存储位置。
5.一种用于控制具有数据复制功能的存储系统的方法，包括以下步骤：
由存储阵列部件向复制引擎发送下述通知：由主机对主存储位置进行的数据写经受数据复制；
由该复制引擎接收不含有该数据的该通知，以及作为响应，指令该存储阵列拷贝该数据到辅助存储位置，其中该复制引擎创建用于该数据的控制的元数据以及向该存储阵列传输该元数据；
其中，所述存储阵列部件组合该数据和该元数据，
其中所述存储阵列部件把组合后的该数据和该元数据未经该复制引擎中介地拷贝到该辅助存储位置。
6.根据权利要求5的方法，还执行该数据的读，其中由该存储阵列把该数据未经该复制引擎中介地返回给该主机。
7.根据权利要求5的方法，还包括从该主机向辅助存储位置写数据，其中由该存储阵列把该数据未经该复制引擎中介地写到该辅助存储位置。
8.根据权利要求5的方法，还包括重新同步该主存储位置和该辅助存储位置之间的数据，其中由该存储阵列把该数据未经该复制引擎中介地从该主存储位置传送到该辅助存储位置。
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