CN102081584A - 双控制器存储系统的缓存镜像系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双控制器存储系统的缓存镜像系统和方法，该系统包括：第一控制器；第二控制器，与第一控制器之间建立有直接通讯链路；其中第一控制器在接收到写请求后将对应的元数据和数据写入到本地缓存中；并经由直接通讯链路向第二控制器转发所述写请求；第二控制器接收并解析所述写请求，以及将写请求对应的元数据和数据写入到本地镜像缓存中。本发明占用更少的CPU且能够提高双控制器存储设备系统中缓存镜像的效能。

Description

双控制器存储系统的缓存镜像系统及方法

技术领域

本发明涉及双控制器存储系统，尤其涉及一种双控制器存储系统的缓存镜像系统及方法。

背景技术

缓存镜像(Cache Mirroring)是双控制器存储系统中常用的一种缓存(Cache)保护技术，其基本原理是在两个控制器上为对方建立Cache Mirroring。目前按照其实现方式来划分，可分为软件实现和硬件实现两种。硬件实现会占用更少的中央处理器(CPU)并提供更高的效能。

美国专利申请NO.11/272,340“Raid System for Performing EfficientMirrored Posted-Write Operations”中提到了一种结合硬件实现Cache Mirroring的方案。该专利在两个控制器内额外配置有总线桥，并且通过PCI-E链路将总线桥连接起来。在一个控制器接收到写请求后，通过该硬件设置，写请求对应的数据(data)可以通过总线桥和PCI-E链路直接传输到另一个控制器中，并通过地址映像分配内存地址从而把该数据写入到缓存镜像中。

但是，在该专利中映射的仅仅为具体数据的内容，对于实现CacheMirroring功能还需要保留一部分写请求对应的元数据(metadata)，以用于后续的数据恢复，例如镜像数据如何索引，数据的长度，数据在Cache块设备中的位置等等。而对端控制器无法直接了解该写请求对应的元数据信息。因此，该方案需要一次额外的发送过程，即由写请求接收端的控制器在进行本地数据缓存时，获得对应的元数据信息，并将对应的元数据传输给对端控制器，而该过程需要CPU参与。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决现有技术中的上述问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种占用更少CPU且具有更高效能的双控制器存储系统的缓存镜像系统和方法。

根据本发明的一个方面，本发明实施例提出了一种双控制器存储系统的缓存镜像系统，包括：第一控制器；第二控制器，所述第二控制器与所述第一控制器之间建立有直接通讯链路；其中所述第一控制器在接收到写请求后将对应的元数据和数据写入到本地缓存中；并经由所述直接通讯链路向所述第二控制器转发所述写请求；所述第二控制器接收并解析所述写请求；将所述写请求对应的元数据和数据写入到本地镜像缓存中；以及向所述第一控制器发送完成所述写请求的缓存镜像的确认。

根据本发明进一步的实施例，所述直接通讯链路为存储器直接访问DMA通信链路。例如为PCI-E连接或者SAS连接。

根据本发明进一步的实施例，所述第一控制器根据所述写请求判断写入的位置是否存在所述本地缓存中，若存在，则根据所述写入位置定位对应的缓存块并写入；若不存在，则在所述本地缓存中增加新的缓存块并写入。

根据本发明进一步的实施例，所述第二控制器根据所述写请求判断写入的位置是否存在所述本地镜像缓存中，若存在，则根据所述写入位置定位对应的镜像缓存块并写入；若不存在，则在所述镜像本地缓存中增加新的缓存块并写入。

根据本发明的另一方面，本发明的实施例提出一种双控制器存储系统的缓存镜像方法，包括以下步骤：在双控制器存储系统的第一控制器与第二控制器之间建立直接通讯链路；所述第一控制器在接收到写请求后将对应的元数据和数据写入到本地缓存中，并经由所述直接通讯链路向所述第二控制器转发所述写请求；以及所述第二控制器接收并解析所述写请求；将所述写请求对应的元数据和数据写入到本地镜像缓存中；以及向所述第一控制器发送完成所述写请求的缓存镜像的确认。

根据本发明进一步的实施例，所述直接通讯链路为存储器直接访问DMA通信链路。例如为PCI-E连接或者SAS连接。

根据本发明进一步的实施例，所述第一控制器对应所述写入步骤包括：根据所述写请求判断写入的位置是否存在所述本地缓存中；若存在，则根据所述写入位置定位对应的缓存块并写入；若不存在，则在所述本地缓存中增加新的缓存块并写入。

根据本发明进一步的实施例，所述第二控制器对应的所述写入步骤包括：根据所述写请求判断写入的位置是否存在所述本地镜像缓存中，若存在，则根据所述写入位置定位对应的镜像缓存块并写入；若不存在，则在所述本地镜像缓存中增加新的缓存块并写入。

本发明通过在两个控制器之间建立直接通信连接，以及通过两个控制器分别对写请求的对应数据执行写操作，不仅占用更少的CPU且能够提高双控制器存储设备系统中缓存镜像的效能。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的双控制器存储系统的缓存镜像系统结构示意图；

图2为本发明双控制器存储设备的缓存镜像方法的总体流程图；以及

图3为本发明实施例的双控制器存储设备的缓存镜像方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的组件或具有相同或类似功能的组件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

现在参考图1，该图显示了本发明实施例的双控制器存储设备的缓存镜像系统的结构。如图1所示，该实施例的双控制器存储设备的双控制器包括第一控制器10和第二控制器20。第二控制器20与第一控制器10之间建立有直接通讯链路，其中第一控制器10在接收到写请求后，即通过该直接通讯链路将写请求对应的元数据和数据传输到第二控制器20中。

在一个实施例中，直接通讯链路为存储器直接访问(DMA，Direct MemoryAccess)通信链路。例如包括高速周边组件扩展接口(PCI-E)连接，或者SAS连接等。在本发明中，利用DMA链路作为高速的数据传输操作，可允许在第一控制器10和第二控制器20之间直接读写数据，既不通过CPU，也不需要CPU干预。CPU除了在数据传输开始和结束时做一点处理外，在传输过程中CPU可以进行其它的工作。这样，降低了CPU的压力，可使整个系统的缓存镜像效率大大提高。

下面结合图1的实施例，对本发明双控制器存储系统的缓存镜像系统的工作原理作出详细描述。

在图1实施例中，写请求发送到第一控制器10的目标端(Target)122，从而达到第一主机适配器12中。第一主机适配器12的初始端(Initiator)124将收到的写请求通过直接通讯链路(PCI-E或者SAS)发送到第二控制器20的目标端224，从而到达第二控制器20的第二主机适配器22。

第一主机适配器12在接收到写请求后，中断第一控制器10的CPU，通知有写请求需要处理。第一控制器10则开始处理写请求：查找要写入的位置是否在缓存(Cache)14中，如果在Cache14中，则定位相应的Cache块；如果不在Cache14中则分配内存，向Cache中添加新的Cache块。

第一控制器10检查Cache块状态并将对应的元数据和数据写入Cache块，置Cache块的状态置为NO_SYNC(未同步)，并等待第二控制器20完成处理。

第二主机适配器22在接收到第一主机适配器124转发的写请求后，中断第二控制器20的CPU，通知有请求需要处理。第二控制器20查找要写入的位置是否在镜像缓存(Mirrored Cache)26中，如果在，则定位相应的MirroredCache块；如果不在，则分配内存，向Mirrored Cache26中添加新的Cache块。并将数据写入Mirrored Cache 26中。

第二控制器20向第一控制器10发送确认，告知Cache Mirroring操作完成。第一控制器10收到确认，清除Cache块的NO_SYNC标志，并置Cache块状态为DIRTY(已写)标志。第一控制器10结束此写请求。

在图1的实施例中，以第一控制器10接收写请求，并在第二控制器20中建立镜像缓存。这种情况下，通过第一主机适配器12的初始端124向第二主机适配器22的目标端224转发写数据；并且，在第一控制器10中写请求对应数据被写入到缓存14中，第二控制器20中写请求对应数据被写入到镜像缓存26中。

相反，在以第二控制器20接收写请求，并在第一控制器10中建立镜像缓存的情况下。则通过第二主机适配器22的初始端226向第一主机适配器12的目标端126转发写数据；并且，在第二控制器20中写请求对应数据被写入到缓存24中，第一控制器10中写请求对应数据被写入到镜像缓存16中。具体的过程如上文所述，这里不再赘述。

在上文中，虽然区别描述了缓存14和镜像缓存16、缓存24和镜像缓存26，但是两者是指同一块硬件，仅逻辑上区分为两块。

图2给出了本发明双控制器存储设备的缓存镜像方法的总体流程图，如图所示包括以下步骤：

首先，在双控制器存储设备的两个控制器(第一控制器与第二控制器)之间建立直接通讯链路(步骤302).在一个实施例中，直接通讯链路为DMA通信链路。例如包括PCI-E连接，或者SAS连接等。

第一控制器接收到写请求，并经由直接通讯链路向对端第二控制器转发该写请求(步骤304)。然后，第一控制器根据写请求执行写操作，将对应的元数据和数据写入到本地缓存中，并等待第二控制器操作完成(步骤306)。

第二控制器接收并解析所述写请求，以执行缓存镜像操作(步骤308)。最后，向第一控制器发送完成写请求的缓存镜像的确认(步骤310)。

图3为本发明实施例的双控制器存储设备的缓存镜像方法的步骤流程图。

在该实施例中，为了简明说明本发明的目的，以第一控制器主动接收写请求，第二控制器作为建立数据镜像的对端为例，对本发明的双控制器存储设备的缓存镜像方法的工作原理作出详细描述。

首先，第一控制器接收到写请求(步骤402)，然后经由直接通讯链路向对端第二控制器转发该写请求(步骤404)。同时，第一控制器的主机适配器在接收到写请求后，中断第一控制器的CPU，通知收到写请求(步骤406)。

第一控制器则开始处理写请求，具体来说，根据写请求判断写入的位置是否存在本地Cache中；若存在，则根据写入位置定位对应的Cache块并写入对应的元数据和数据；如果不在缓存块中，则分配Cache内存，向Cache中添加新的Cache块，并将对应的元数据和数据写入Cache，以及置Cache块的状态置为NO_SYNC，等待第二控制器完成处理(步骤408)。

第二主机适配器在接收到第一主机适配器转发的写请求后，中断第二控制器的CPU，通知收到写请求(步骤410)。第二控制器根据收到的请求执行数据写入操作。具体地，第二控制器根据写请求判断写入的位置是否存在本地镜像缓存中，即查找要写入的位置是否在Mirrored Cache中，如果在，则定位相应的Mirrored Cache块；如果不在，则在Mirrored Cache中分配内存，向MirroredCache中添加新的Cache块。并将数据写入Mirrored Cache中(步骤412)。

然后，第二控制器向第一控制器发送确认，告知Cache Mirroring操作完成(步骤414)。第一控制器收到第二控制器的确认，清除Cache块的NO_SYNC标志，并置Cache块状态为DIRTY(步骤416)。于此，第一控制器结束此写请求(步骤418)。

本发明通过在两个控制器的主机适配器中转发请求数据和元数据，而不需要CPU参与元数据的发送过程，相比现有技术减少了一次数据传输，同时降低了CPU的压力。因此，本发明可以提供更高效能的缓存镜像。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种双控制器存储系统的缓存镜像系统，其特征在于，包括：

第一控制器；

第二控制器，所述第二控制器与所述第一控制器之间建立有直接通讯链路；其中

所述第一控制器在接收到写请求后将对应的元数据和数据写入到本地缓存中；并经由所述直接通讯链路向所述第二控制器转发所述写请求；

所述第二控制器接收并解析所述写请求；将所述写请求对应的元数据和数据写入到本地镜像缓存中；以及向所述第一控制器发送完成所述写请求的缓存镜像的确认。

2.如权利要求1所述的双控制器存储设备的缓存镜像系统，其特征在于，所述直接通讯链路为存储器直接访问DMA通信链路。

3.如权利要求2所述的双控制器存储设备的缓存镜像系统，其特征在于，所述直接通讯链路为PCI-E连接或者SAS连接。

4.如权利要求1所述的双控制器存储设备的缓存镜像系统，其特征在于，所述第一控制器根据所述写请求判断写入的位置是否存在所述本地缓存中，

若存在，则根据所述写入位置定位对应的缓存块并写入；

若不存在，则在所述本地缓存中增加新的缓存块并写入。

5.如权利要求1所述的双控制器存储设备的缓存镜像系统，其特征在于，所述第二控制器根据所述写请求判断写入的位置是否存在所述本地镜像缓存中，

若存在，则根据所述写入位置定位对应的镜像缓存块并写入；

若不存在，则在所述本地镜像缓存中增加新的缓存块并写入。

6.一种双控制器存储系统的缓存镜像方法，其特征在于，包括以下步骤：

在双控制器存储系统的第一控制器与第二控制器之间建立直接通讯链路；

所述第一控制器在接收到写请求后将对应的元数据和数据写入到本地缓存中，并经由所述直接通讯链路向所述第二控制器转发所述写请求；以及

所述第二控制器接收并解析所述写请求；将所述写请求对应的元数据和数据写入到本地镜像缓存中；以及向所述第一控制器发送完成所述写请求的缓存镜像的确认。

7.如权利要求6所述的双控制器存储设备的缓存镜像方法，其特征在于，所述直接通讯链路为存储器直接访问DMA通信链路。

8.如权利要求7所述的双控制器存储设备的缓存镜像方法，其特征在于，所述直接通讯链路为PCI-E连接或者SAS连接。

9.如权利要求6所述的双控制器存储设备的缓存镜像方法，其特征在于，所述第一控制器对应所述写入步骤包括：

根据所述写请求判断写入的位置是否存在所述本地缓存中；

若存在，则根据所述写入位置定位对应的缓存块并写入；

若不存在，则在所述本地缓存中增加新的缓存块并写入。

10.如权利要求6所述的双控制器存储设备的缓存镜像方法，其特征在于，所述第二控制器对应的所述写入步骤包括：

根据所述写请求判断写入的位置是否存在所述本地镜像缓存中，

若存在，则根据所述写入位置定位对应的镜像缓存块并写入；

若不存在，则在所述本地镜像缓存中增加新的缓存块并写入。

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